Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз

Аэрозоли в окружающей среде

Систематизация аэродисперсных систем.

Аэрозоли – дисперсные системы, в газовой дисперсионной среде которых находятся во взвешенном состоянии твердые либо водянистые частички дисперсной фазы.

Есть три подхода к систематизации аэрозолей.

1. По способу получения:

· диспергацонные аэрозоли, образуются при раздроблении жестких веществ, распылении жидкостей и порошков;

· конденсационные аэрозоли, образуются при конденсации из Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз пересыщенных паров и в итоге газовых реакций, при которых образуются не летучие продукты. 1-ые обычно грубодисперсные и имеют очень различающиеся по величине частички т.е более полидисперсные.

Различают аэрозоли следуюих видов:

Туман – конденсационный и диспергационные аэрозоли с водянистой дисперсной фазой;

Пыль – диспергационные аэрозоли с жесткими частичками;

Дым – конденсационные аэрозоли Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз, получсемые при горении и содержащие твердые либо водянистые частички сразу.

На практике нередко всчтечаются аэрозоли, которые нельзя отнести ни к одному из этих типов – к примеру, воздух поблизости промышленных центров содержит частички сажи, пепла, товаров сухой перегонки горючего, поглотивших из атмосферы воду. Для этих особенных аэрозолей, которые являются сразу и дымом Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз, и туманом, и пылью, употребляется особое заглавие «смог», происходящее от 2-ух британских слов : smoke (дым) + fog (туман).

2. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:

Приведем некие определения:

Золь –дисперсная система,в какой размер частиц отвечает коллоидной дисперсности, т.е. лежит в границах от 10-5 до 10 -7 см.

Золи с газообразной дисперсной средой Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз именуют - аэрозолями, с водянистой - лиозолями. Зависимо от природы дисперсионной среды лиозоли делятся на гидрозоли, алкозоли, этерозоли и бензоли, у каких дисперсионной средой являются соотвественно вода, спирт, эфир, бензол.

Коллоидные системы (коллоидно-дисперсные системы, коллоиды) – максимально высокодисперсные(микрогетерогенные) системы. Частички дисперсной фазы в коллоидной системе - коллоидные частицы- обычно имеют размер от 1 ни Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз до 100 нм. В газе либо воды они свободно и независимо одна за другой участвуют в насыщенном броуновском движении, умеренно заполняя весь объем дисперсионной среды.

Гели - высокодисперсные системы с водянистой дисперсионной средой, содержащей структурную сетку (каркас), образованную частичками дисперсной фазы. Обычные гели в виде студенистых осадков образуются из золей при Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз их коагуляции либо в процессах выделения новейшей фазы из пересыщенных смесей. Если дисперсионная среда газообразная, то образуются аэрогели.

Частичка – единица порошка, которую нельзя просто поделить в обыденных сепарационных процессах. Частичка может состоять из нескольких зернышек (рис. 1), потому термин «зерно» – не синоним слову «частица».

Порошки– двухфазные системы, представляющие из себя твердые частички дисперсной фазы, распределенные Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз в воздухе либо другой газовой среде. Либо, другими словами, порошки представляют собой совокупа находящихся в соприкосновении личных жестких тел либо их агломератов(агрегатов).

Систематизация дисперсных систем по агрегатному состоянию представлена в табл1.[2]

Таблица 1

Систематизация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз

Дисперсная фаза
Дисперсная среда Газовая Водянистая жесткая
Газовая - Аэрозоли, туманы Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз, капли Аэрогели, аэрозоли, порошки, дымы, пыль
Водянистая Пены, газовые эмульсии Эмульсии, кремы Золи, гели, эмульсии, пасты
Жесткая Твердые, дым, пыль, пены, фильтры, сорбенты, мембраны Твердые эмульсии Твердые золи, сплавы, композиты, покрытия, пленки

Обычно к порошкам относят большая часть сыпучих материалов. Но термин порошки корректно использовать к высокодисперсным Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз системам с такими размерами частиц, при которых сила межчастичного взаимодействия становится соизмерима либо меньше их веса. Согласно данному условию, размер каждой частички лежит, обычно, в границах от 1 нм до 1000 мкм. Дисперсные фазы величиной наименее 1 нм обычно именуют кластерами, 1000 мкм и поболее – гранулками. Порошки, состоящие из частиц с размером наименее 1 мкм, взвешенные Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз в газовой фазе и участвующие в броуновском движении, образуют аэрозоли, пыли и дымы.

Агломерат (агрегат) – несколько частиц, соединенных в более большие образования. Агрегаты и агломераты различают по наличию внутренней пористости. В агломератах находятся межчастичные пустоты (рис.2,а), в агрегатах – нет (рис.2,б).[2]

Рис1. Соотношение агрегатов, частиц и областей когерентного рассеяния Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз(ОКР) : 1 – агрегат, 2 – частичка, 3 - ОКР

Рис2. Схематическое изображение агломерированного(а) и агрегированного(б) порошка, 1-агломерат, 2–первичная частичка, 3– внутриагломератная пора, 4 – межагломератная пора, 5 – агрегат, 6 – межагрегатная пора.

3. По размеру частиц дисперсной фазы:

Аэрозоли могут содержать частицы разных размеров – от 10-9 до 10-3 м. при всем этом более неустойчивы высокодисперсные и грубодисперсные аэрозоли. 1-ые – вследствие очень большой интенсивности Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз броуновского движения частиц, в итоге чего любая частичка за куцее время добивается стен сосуда, в каком находится аэрозоль, либо встречается с другой частичкой, что приводит к коагуляции аэрозоля; грубодисперсные аэрозоли не устойчивы вследствие большей скорости седиментации, обусловленной низкими вязкостью и плотностью дисперсионной среды.

Размер частиц аэрозолей имеет большущее значение, так Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз как ряд параметров частиц находится в зависимости от их размера. Так при атмосферном давлении сопротивление, оказываемое окружающей средой движению одной частички, для частиц меньше 10-8 м пропорционально r2, в то время как для огромных (10-7м) частиц - пропорционально r, интервал 10-8-10-7м является переходным. Так же зависимость наблюдается для скорости испарения термообмена Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз. Интенсивность растерянного света пропорциональна r6 для частиц с r<10-7 м и r2- для частиц с r>10-5 м.

Аэрозоли обычно полидисперсные, размер частиц у их очень различен от 10-9 до 10-8 м. В табачном дыме частички имеют размеры 2*10-7-5*10-6м, в слоистых облаках капли от 4*10-6 до 10-5м и крупнее.

Более нравы для аэрозолей то, что эти системы владеют только некой кинетической Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз устойчивостью, агрегативной устойчивостью они не имеют, и каждое столкновение их частиц приводит к слипанию.

Промышленное значение аэрозолей двойственно: переход в пылевидное и капельножидкое состояние существенно наращивает обскурантистскую способность вещества.

В системе - Водянистая / газообразная - 10-7 …10-5м (туман);

-Твердая / газообразная - 10-9 …10-5м (дым), d>10-5м (пыль).

Характеристики аэрозолей.

1. Молекулярно – кинетические Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз характеристики. Важными молекулярно – кинетическими качествами аэрозолей являются:

· Способность частиц сохраняться во взвешенном состоянии;

· Способность частиц передвигаться в большей степени как единое целое.

Рассредотачивание концентрации частиц по высоте в покоящейся системе охарактеризовывают параметром перреновская высота

где k – неизменная Больцмана; Т-температура системы; m1 –масса частички, g-ускорение силы тяжести.

Если размер частички меньше Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз , то частичка дисперсной фазы способна находиться во взвешенном сотсоянии за счет энергии собственного теплого движения .

Если размер частиц сравним с то, для поддержания ее во взвешенном состоянии нужна дополнительная энергия. Эту энергию частичка дисперсной фазы может получиться исключительно в итоге соударения с молекулами газовой фазы. К примеру, в псевдоожиженном (кипящем Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз) слое частички дисперсной фазы поддерживаются во взвешенном состоянии за счет восходящего потока газа.

Перемещение частиц аэрозоля относительно газовой фазы происходит под действием наружных полей – гравитационных, акустических, электронных, а так же сил инерции, градиентов, температур и концентраций. Под действием наружных полей частички двигаются с неизменной скоростью из Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз-за уравновешивания наружных сил и сил сопротивления среды движению частиц. Исключительно в средах с сильной турбулентностью и в акустических полях частички двигаются ускоренно. Все эти характеристики применяются при конструировании разных видов пылеулавливателей – гравитационных, инерционных, электронных, акустических и другие.

Движение части аэрозоля при наличие градиента концентрации именуется диффузиоферезом, а при наличие температуры – термоферезом Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз. Диффузиоферез происходит в близи поверхностей испарения либо конденсации. Термоферез обоснован тангенциальной силой, возникающей в итоге деяния на частичку передвигающегося потока газа. Личным случаем термофереза является фотофорез – движение частички в итоге светового облучения. Он появляется в итоге неравномерного нагревания дисперсной фазы и дисперсионной среды из-за различной их возможности Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз отражать и всасывать свет.

Оптические характеристики.

Для аэрозолей более типично поглощение и рассеяние света. К примеру, темный цвет дыма обоснован поглощением угольными частичками всех излучений видимой области диапазона.

Рассеяние света в аэрозолях обрисовывает уравнение Рэля:

где - интенсивность растерянного излучения, - интенсивность падающего излучения, - длина волны излучения, - частичная концентрация дисперсной Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз системы, - объем частички, k – константа, зависящая от характеристик преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды. Значения k определяется по формуле

,

где n – показатель преломления дисперсной фазы, n0 – показатель преломления дисперсионной среды.

Если сопоставить лиозоли и аэрозоли, то разность характеристик преломления дисперсионной среды n0, определяется как , для последних имеет огромное значение. Расчеты демонстрируют, что Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз с ростом значение k тоже растет. По этому при схожих размерах и концентрация частиц аэрозоли более активно рассеивают свет, чем лиозоли.

Электронные характеристики.

В отсутствии специфичной адсорбции частички дисперсной фазы имеют маленький заряд – до 100 простых зарядов. При специфичной адсорбции ионов из газовой фазы на частичках дисперсной фазы Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз электронный потенциал может добиться до 250 мВ.

Если аэрозольные частички образуются конденсационным методом, то электронный заряд на частичках может показаться 2-мя методами :

· Конденсацией пересыщенных паров на ионах газовой фазы;

· Методом захвата незаряженными частичками ионов из газовой фазы.

У деспиргационных частиц заряд обычно появляется в процессе их образования в итоге возникновения Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз разных эффектов:

- баллоэлектрического эффекта – образования зарядов за счет трения в процессе разбрызгивания воды;

- трибоэлектрического эффекта – появления зарядов за счет трения в процессе распыления порошков;

- фотоэффекта – при облучении частиц аэрозоля.

Если частички аэрозоля получают способом, который соединяет поочередно процессы испарения и конденсации, то заряды могут появляться в итоге покидания частиц Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз дисперсной фазы электронов либо ионов при высочайшей температуре – термоэлектронной либо термоионной эмиссии.

Устойчивость аэрозолей.

В аэрозолях единственным фактором стойкости выступает энтропийный фактор. По этому устойчивость их может быть обеспечена только за счет причин кинетической стойкости – броуновского движения и диффузии. Коэффициент диффузии частички определяется как

Из формулы видно, что на величину D Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз оказывают влияние вязкость и радиус частички r. Вязкость газов приблизительно в 103 раз ниже, чем у жидкостей. По этому в аэрозолях диффузия и броуновское движение происходят более активно.

В то же время, низкая вязкость газовой фазы и значимая разность в плотностях дисперсной фазы и дисперсионной среды играют отрицательную роль в обеспечении Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз стойкости, потому что, согласно уравнению Стокса, эти причины содействуют повышению скорости седиментации:

где - скорость оседания частички, r – радиус частички, и - плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды, - ускорение силы тяжести, - динамическая вязкость дисперсионной среды.

Понижения скорости седиментации и ускорения броуновского движения можно добиваться методом уменьшения размера частиц. Седиментационно Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз-дифузионное равновесие аэрозолях устанавливается при достижении поперечника частиц 50 нм.

При всем этом скорость седиментации составляет 2,23 * 10-3мм/с, а скорость броуновского движения добивается значения 2,1 * 10-3мм/с. Таким макаром, при поперечнике частиц меньше 50 нм аэрозоли владеют седиментационной устойчивостью. Но есть и негативная черта энтропийного фактора. С возрастанием степени дисперсности происходит повышение Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз свободной поверхности энергии. Это приводит к интенсификации процесса слипания частиц вместе в особенности тех, которые имеют перечные размеры наименее 50 нм.

Аэрозоли фактически не владеют агрегативной устойчивостью и коагулируют очень стремительно. Скорость коагуляции описывается уравнением Смолуховского:

В таблице 2 приведены значения периодов конфигурации концентрации в 100 раз.

Разумеется что аэрозоль не может иметь концентрацию Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз выше 106-108 частиц в 1 см3.

Таблица 2


klassifikaciya-funkcij-prava.html
klassifikaciya-gemokorrektorov-krovozamenitelej.html
klassifikaciya-geologicheskih-processov-i-yavlenij-inzhenerno-geologicheskie-processi-i-yavleniya.html