• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Аерозолями називають дисперсні системи, дисперсною фазою яких можуть бути тверді частинки або крапельки рідини, а дисперсійним середовищем є газ ( повітря ).

Аерозолі класифікують: за агрегатним станом дисперсної фази, дисперсністю і методами одержання. За агрегатним станом аерозолі поділяють на тумани – аерозолі з рідкою дисперсною фазою; та дим – аерозолі з твердими частинками.

До димів відносять і пил – системи з твердими, але більшими частинками.

Аерозолі змішаного типу, у твердих частинках яких є сконденсована рідина, що утворюється в атмосфері промислових міст, мають назву «смог» - у частинках сажі, попелу, пороху конденсується волога.

Форма рідких частинок туманів куляста, а твердих може бути найрізноманітнішою (голчастою, пластинчастою, зіркоподібною). Аерозолі агрегативно нестійкі. Занадто грубодисперсні системи кінетично нестійкі і досить швидко осідають. Тому області відносної стійкості аерозолів складає 10^-7 – 10^-4м.

Таблиця 2.5.

Розміри частинок димів і туманів

Методи одержання аерозолів

Як і будь-які дисперсні системи, аерозолі можуть бути утворені двома методами – конденсаційним і диспергаційним. До конденсаційного метода відносяться виникнення туману при охолоджені насиченого пару. Процес конденсації пари залежить від ряду факторів. Перш за все - від ступеня пересиченості пари, тобто від відношення її пружності до пружності насиченої пари при тій же температурі. Чим вища ступінь пересиченості, тим менший час проходження конденсації. Другою необхідною умовою є наявність центрів конденсації, роль яких можуть відігравати дрібні тверді або рідкі частинки, навіть йони газів.

Хімічні процеси, що призводять до утворення аерозолів, різноманітні, але суть їх полягає в тому, що газоподібні речо­вини в результаті реакцій дають тверді або рідкі продукти, які мають дуже малу пружність пари.

Метод конденсації дає змогу створювати тонкодисперсні і відносно однорідні за ступенем дисперсності аерозолі. Так, аерозолі утворюються при конденсації перенасиченої пари або в результаті хімічних реакцій. Наприклад, при конденсації молекул хлористого амонію, продукту реакції:

NH₃ + HCl = NH₄Cl,

утворюється дим. При згорянні магнію утворюється дим, що складається з магній оксиду:

2Мg + 0₂ = 2МgО

Внаслідок конденсації парів води при охолодженні атмосферного повітря виникають хмари і тумани. Звичайно аерозолі, що утворилися конденсаційним методом, тонкодисперсні та однорідні за розмірами частинок.

При диспергаційнихметодах одержання аерозолів тверді або рідкі речовини подрібнюють механічним шляхом (подрібнення вибухом, розпилення рідин у фор­сунках, пульверізація та ін.), а потім тверді частинки або рідкі крапельки розподіляються в газі. Так утворюється пил з борошна на млинах, пил цукрової пудри і порошку какао на кондитерських підприємствах. Методами диспергування одержують полідисперсні і седиментаційно нестійкі дими і тумани (розмір частинок більше 10^-6м).

У природі аерозолі утворюються також диспергуванням твердих тіл при обвалах, виверженнях вулканів, вивітрюванні та ерозії ґрунтів.

Властивості аерозолів

Аерозолі – як правило агрегативно нестійкі системи, бо взаємодії між поверхнею твердих або рідких частинок і газовим середовищем практично немає. Але таким системам – з газоподібним дисперсійним середовищем, можна надати агрегативну стійкість, для чого необхідно штучно нада­ти їм високий електричний заряд, в результаті їх частинки не будуть з'єднуватись. Це єдиний шлях стабілізації дисперсних систем з газоподібним дисперсійним середовищем.

У частинок аерозолів немає ПЕШ, але в певних умовах вони мають електричний заряд (електризація тіл). Експериментально встановлено, що частинки аерозолів металів та їх оксидів несуть негативний заряд, частинки неметалів заряджені позитивно. Позитивно заряджені частинки аерозолю крохмалю, негативно – частинки борошна.

Електризація частинок може відбутися при одержанні аерозолів методом диспергування, причому крупні і дрібні частинки мають заряди протилежних знаків.

Від розмірів частинок суттєво залежать властивості аерозолів. Колоїднодисперсні аерозолі (з розмірами частинок менше 10^-7м) кінетично (седиментаційно) досить стійкі, бо швидкість дифузії і броунівський рух частинок перешкоджає їх осіданню.

Аерозолі з більшими розмірами частинок відносять до мікрогетерогенних систем – вони кінетично нестійкі і порівняно швидко осідають. Будь-які чинники, що збільшують частоту зіткнень частинок аерозолю (нагрівання, механічне перемішування, ультразвук, конвекційні потоки) сприяють прискоренню коагуляції.

В аерозолях великих об’ємів, наприклад в хмарах, поступово може відбутися розділення частинок по висоті. Більш важкі частинки концентруються в ніжній частині об’єму, більш дрібні – в верхній. Так як ці частинки несуть протилежні по знаку заряди, то виникає електричне поле високої напруженості. Якщо напруженість поля буде більше, ніж 300 В/см, то можливий пробій повітря, тобто блискавка. В результаті цього створюються перешкоди радіолокації та роботі радіоуправляючих пристроїв. Умови утворення зародків рідкої чи твердої фази важливі для метеорології, створення штучного дощу.

Аерозолі розсіюють світло і підпорядковуються рівнянню Реллея. В зв’язку з тим, що червоні промені розсіюються найменше в тумані, червоне світло вибране як аварійне. Для грубодисперсних аерозолів з розмірами частинок співрозмірними з довжиною хвилі світла, має місце накладання явищ відбивання і розсіювання світла, і інтенсивність розсіяного світла майже не залежить від довжини хвилі. Це означає, що хвилі різної довжини розсіюються більш-менш однаково, а тому такі дими і тумани виглядають білими.

Аерозолі органічних речовин – цукру, борошна – вибухонебезпечні. В кулінарному виробництві негативне значення має дим, що утворюється на кухні, так званий кухонний чад. Очищення повітря від таких аерозолів – одна з найважливіших задач техніки безпеки.

Аерозолі в народному господарстві, природі та техніці

Аерозолі в харчовій промисловості відіграють як позитив­ну, так і негативну роль. В одних процесах аерозолі сприяють більш повному використанню продуктів, в інших - їх утворен­ня призводить до втрати сировини.

Після розпилювання емульсій або суспензій, в утворений аерозоль вводять потік гарячого газу, здійснюючи так звану «розпилювальну сушку». Її застосовують для добування сухо­го молока, розчиненої кави та інших продуктів. При коптінні м'ясних та рибних продуктів використовують дим, який надає цим продуктам відповідний смак.

При виробництві продуктів харчування, їх зберіганні та транспортуванні утворюється пил. У залежності від джерела аерозолю цей пил може бути неорганічний, органічний або змішаний. До органічних відносяться: рослинний (крохмальний, борошняний, цукровий, чайний, тютюновий та ін.) і тва­ринний (кістковий, шерстяний та ін.) пил. Пил неорганічного походження утворюється, наприклад, при переробці насіння соняшника (в ньому міститься понад 20 хімічних елементів).

Борошно, крохмаль, цукор у вигляді пилу можуть вибухати (пірофорні властивості). Температура самозаймання борошна різних сортів лежить вмежах 1023-1148К, а для аерозолів бу­рякового цукру вона складає 798К. Самозаймання зумовлене великим надлишком поверхневої енергії, швидким окисненням поверхні аерозольних частинок.

Таким чином, аерозолі, утворені із легкозаймистих речовин, поводять себе, як суміші горючого газу у повітрі. При певній концентрації вони сприяють розповсюдженню полум'я, а в замкнутому просторі можуть викликати вибух.

Мінімальну концентрацію пилу, яка може призвести до спалахування, визначають дослідним шляхом. Так, наприклад, для деяких харчових мас в аерозольному стані вона становить: борошна - 52г/м³, глюкози - 225г/м³, комбікормів - 272-300г/м³, пшеничних висівок - 150г/м³, крохмалю - 58-98г/м³, цукру - 66г/м³, какао-порошку- 03г/м³, сухого молока - 94-103г/м³, картопляного борошна - 225г/м³, соєвого борошна - 66г/м³.

Крім вибухонебезпечності, аерозолі харчових мас мають токсичну дію. Так, борошняний пил, особливо під час утворен­ня, може викликати такі хвороби, як астма та коньюктивіт.

Аерозолі широко застосовують у сільському господарстві, медицині, косметиці, техніці, в побуті.

Застосування аерозолів у сільському господарстві для захисту рослин від шкідників і хвороб, для знищення бур’янів забезпечує рівномірне нанесення препаратів, а отже більшу ефективність дії, що дозволяє істотно зменшити витрату отрутохімікатів. Димові завіси застосовують у садівництві для захисту квітучих плодових дерев від весняних заморозків.

Значну економію матеріалів і кращу якість покриття дає застосування аерозолів для фарбування та лакування споруд, деталей, виробів.

Аерозолі широко використовуються і в медицині: всім відома ефективність інгаляцій – вдихання розпилених у повітрі лікарських препаратів.

У воєнній справі димові завіси використовують для маскування переміщень воєнних підрозділів.

Захист навколишнього середовища від диму, пилу тощо

Однак, у ряді випадків, виникає потреба не стабілізувати, а навпаки, руйнувати дими та тумани, як шкідливі та небажані явища.

Проте частіше доводиться не лише одержувати аерозолі, але й руйнувати їх. На промислових підприємствах у виді аерозолів в ат­мосферу викидається величезна кількість цінних продуктів. Так, на мідеплавильному комбінаті на 10 тис. т руди щодоби в повітря по­падає 26кг Аs₂S₂; 1,9 т Sb₂S₃; 1,9 т Сu; 2,2 т Рb; 2,8 т Zn; 0,4 т Ві. На багато кілометрів навкруги цементних заводів рослини покриті сірим порохом цементу. Глобальна проблема боротьби за чистоту повітря має дуже велике екологічне й економічне значення.Запилення міст негативно впливає на здоров'я людини. Це при­зводить до втрати сонячного світла, особливо ультрафіолетової час­тини спектра. У виді аерозолів передаються збудники інфекційних захворювань. Так, при чханні у повітря попадає до 100 тис. бак­терій, частинок вірусу грипу. Відомий американський вчений Луїс Баттан у книзі "Забруднене небо" пише: "Або людство навчиться боротись з димом, або дим скоротить населення Землі!".

Для очистки промислових газових відходів і видалення з них цінних речовин (оксидів металів, цементу, сажі та ін.) застосовують різні прийоми очистки повітря. Існують дві групи методів, які використовуються для боротьби з димами і туманами: електричні методи прискорення коагуляції частинок та механічні, за допомогою яких тверді або рідкі частинки відокремлюються від газоподібного середовища.

Рис.39. Схема циклону.

Перша група методів базується на електрофорезі - русі заряджених частинок в електричному полі. Частинки грубодисперсних аерозо­лів відділяють у так званих відцентрових циклонах, в яких газ про­пускають по спіралі всередині вузьких циліндрів (d=10см). Тверді частинки за рахунок відцентрової сили осаджуються на стінках, злипаються і зсипаються вниз.

Серед механічних методів руйнування димів та туманів найбільше значення має фільтрація. Використовують фільтри із паперу та пористих матеріалів. Широко застосовують також різно­манітні тканинні та волокнисті фільтри, на яких затримуються дрі­бні частинки аерозолю. Осідання частинок на філь­трі може відбуватись з різних причин. Дуже дрібні частинки досягають поверхні волокна завдяки броунівському руху і прилипають до неї. Більш великі відкидаються на стінки силою інерції, втрачають швидкість і залишаються в порах фільтра. Нарешті, найбільш великі можуть затримуватись механічно, так само, як сито затримує частинки більші, ніж його отвори. Головну роль при фільтрації відіграють, звичайно, не розміри комірок, а їх звивистість.

Для очистки повітря від пилу застосовують протидимні фільтри і протигази.

Від високодисперсних забруднень повітря очищають методом електроосадження: аерозоль пропуска­ють через електричне поле високої напруги (≈ 90 тис. В). При такій високій напрузі катод посилає велику кількість електронів, які пронизують повітря, частинки аерозолю отримують високий від'ємний заряд і досить швидко притягуються до позитивного електрода. Електро­ни, що виходять з катода, іонізують повітря, і в результаті адсорбції іонів частинки аерозолю заряджаються негативно. Вони відділя­ються від газового потоку, збираючись на позитивно зарядженому електроді, де розряджаються і зсипаються вниз. Такий принцип покладено в основу роботи елект­рофільтру. За допомогою електрофільтрів у великих містах в обов'язковому порядку очищують димові гази, які випускають в атмосферу промислові підприємства, а також уловлюють оксиди металів, різні види сажі, цемент та ін.

Рис.40. Схема електрофільтру:

1 – катод; 2 – трубчатий анод

Вхід газу

Руйнування природних аерозолів — хмар, туманів — здійсню­ється створенням умов для їх коагуляції. З літака в бажаному місці розпилюють високодисперсні частинки, які служать зародками кон­денсації краплинок води. Можна також добитись коагуляції, вводя­чи в хмару чи туман дисперсний порошок чи концентрований роз­чин гігроскопічної речовини (наприклад, СаС1₂). Завдяки цьому гігроскопічні зародки, зустрічаючись, поглинають частинки води і, поступово зростаючи, падають на землю.

Велике практичне значення має руйнування хмар граду. Якщо з допомогою радіолокатора встановлено зародження зони граду, в ці зони за допомогою снарядів водять велику кількість дрібнодисперс­них речовин — зародків кристалізації води. Завдяки тому, що за­родків багато, розміри окремих шматочків льоду не можуть досягти значних розмірів, бо для цього не вистачає води. Дрібні градини, падаючи вниз, тануть в теплих шарах атмосфери.

Доброго ефекту в руйнуванні хмар і туманів можна досягти, розпилюючи тверду вуглекислоту (t = - 79,8°С). Це викликає утво­рення маси дрібних кристаликів льоду, які швидко зростають і ви­падають у вигляді снігу.

6. ПОРОШКИ

Визначення порошків та їх розміри

При дробленні твердих тіл одержують дисперсні системи, які прийнято називати порошками. Порошки – це грубодисперсні системи, частинки яких мають великі розміри і видимі візуально. В порошках дисперсна фаза – тверда речовина, а дисперсійне середовище – газ. Це надзвичайно концентровані та полідисперсні системи.

Розміри частинок порошків змінюються в широкому інтервалі і залежно від них порошкам дають різні назви: з діаметром частинок 20∙10^-3 – 10^-5м – пісок; 2∙10^-5 – 10^-6м – пил; менше 2∙10^-6м – пудра. Розмір частинок різних порошків коливається в широких межах. Так, пшеничне борошно одного й того самого сорту може містити частинки від 5∙10^-3 до 6∙10^-2см.

До типових порошків відносяться борошно, цукрова пудра, какао.

Методи одержання порошків

Залежно від властивостей матеріалу, призначення та економічної доцільності порошки одержують різними методами, які поділяються на фізико-механічні (диспергування) та фізико-хімічні (метод конденсації).

Фізико-механічні методи одержання порошків основані на процесах подрібнення твердих матеріалів на різних дробарках і млинах з послідуючим розділенням на фракції за розмірами частинок.

В основі фізико-хімічних методів виробництва порошків лежать процеси окиснення, відновлення, електролізу тощо, тому хімічний склад вихідних матеріалів і порошків не однаковий. Метод конденсації оснований на отриманні порошків осадженням з розчинів в результаті коагуляції золів колоїдів або в результаті хімічної реакції між електролітами. Наприклад, осаджену крейду (зубний порошок) отримують за реакцією:

Na₂CO₃ + CaCl₂ = CaCO₃↓ + 2NaCl

Деякі високодисперсні порошки отримують, спалюючи (окиснюючи) метали. Наприклад, різні види сажі, які застосовуються при виробництві гуми, пластмас та типографської фарби, отримують спалюванням газоподібних або рідких вуглеводнів при нестачі кисню.

Особливості порошків

Важливою характеристикою порошків є їх дисперсність, і тому існує багато методів визначення розміру частинок порошків. Найбільш розповсюджений ситовий аналіз, при якому порошок просіюють крізь набір сит з отворами різних розмірів.

Характерною особливістю порошків є їх властивість переходити в псевдорозріджений стан. Якщо порошок помістити в посуд з пористим дном, то припускаючи через нього знизу повітря з поступово збільшуючою швидкістю, можна змінити властивості порошку. При малих швидкостях повітря проходить крізь порошок, не змінюючи його об’єму. При досягненні певної швидкості повітря, шар порошку рівномірно розширюється в результаті того, що тверді частинки починають інтенсивно перемішуватися відносно один одного. По мірі розширення шару збільшується його текучість, тобто порошок наближається за цією властивістю до рідини. Із збільшенням тиску повітря шар порошку є схожим на киплячу рідину, від чого і одержав назву “киплячого шару”.

Порошки в псевдорозрідженому стані завдяки текучості легко переміщаються в промислових транспортних жолобах. Деякі порошки переходять в текучій стан при обережному пересипанні. Пересипання сприяє утворенню пухкої структури внаслідок проникнення газу між частинками. Цю властивість застосовують для просіювання борошна.

Але для ряда порошків пересипання приводить до утворення крупних, та не дуже міцних кулястих частинок – гранул.

Гранулюванням називають процес утворення в порошкоподібній масі гранул кулеподібної або циліндричної форми, більш або менш однакових за величиною.

Цей процес може відбуватися самочинно, оскільки зменшується поверхнева енергія Гіббса. Більш міцні гранули одержуються при механічному ущільненні попередньо зволожених порошків або порошків, в які добавлені клеючі речовини. Гранулювання широко використовується в технології виробництва порошкоподібних продуктів та комбікормів. Гранульовані продукти менше розпилюються та злежуються, більш стійкі при зберіганні, їх зручно фасувати та дозувати.

Властивості порошків

Порошки характеризуються такими властивостями, як: насипна густина, здатність до злипання та змочування, сипучість, гігроскопічність, абразивність, питома електрична провідність, горючість, вибуховість.

Насипна густина – це маса одиниці об’єму порошку, вільно насипаного в яку-небудь ємність. Тут враховується об’єм, внутрішні пори частинок та проміжний простір між ними.

Здатність до злипання – це здатність частинок порошку до утворення агрегатів.

Сипучістю називають рухливість частинок порошку відносно одна одної і здатність переміщатися під дією зовнішніх сил. Сипучість залежить від розмірів частинок, вологості та ступеня ущільнення.

Гігроскопічність та змочування порошків – це здатність порошку поглинати вологу з навколишнього середовища. Поглинання вологи призводить до зміни багатьох властивостей порошку. Гігроскопічність порошку можна зменшувати або збільшувати шляхом обробки його поверхнево-активними речовинами.

Абразивність порошків та пилу, що характеризується твердістю частинок, їх формою, розмірами та густиною, має значення в технологічних процесах для розрахунків часу зношення обладнання та розробки засобів захисту стінок апаратів та трубопроводів від стирання.

Електрична провідність порошків залежить від вологості, температури, хімічного складу, розміру та густини частинок.

Горючість та вибуховість порошків та пилу характеризуються такими параметрами, як температура самозаймання в шарі порошку, температура спалаху, максимальний тиск вибуху, мінімальний вибухонебезпечний вміст кисню (окисника) пилу та ін.

& ТИМ, ХТО ХОЧЕ ЗНАТИ БІЛЬШЕ

Читайте також:

1. I підготовка їх до завантаження у повітряні судна
2. I. Органи і системи, що забезпечують функцію виділення
3. А чи можуть діти допомогти старшим?
4. Алгоритм прийняття рішення при прийманні сигналів з випадковою початковою фазою
5. Алкени – вуглеводні, в молекулах яких є один подвійний зв’язок між атомами вуглецю . Алкені називають також олефінами або етиленовими вуглеводнями.
6. Алкіни – вуглеводні, в молекулах яких є два атоми вуглецю, сполучені потрійним зв’язком - -. Алкіни називають також ацетиленовими вуглеводнями.
7. Анатерм-114 є клеєм -герметиком прискореного затвердіння, що дозволяє використовувати його у конвеєрних виробництвах при складанні різних вузлів і деталей.
8. АНАТОМІЯ І ФІЗІОЛОГІЯ ЦЕНТРАЛЬНОЇ ТА ПЕРИФЕРИЧНОЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ, ЇЇ ВІКОВІ ОСОБЛИВОСТІ
9. АСГР з структурованою полімерною фазою
10. Атмосферне і шахтне повітря
11. Атмосферний тиск повітря, та його зміни з висотою та горизонтально

Переглядів: 7480