туман какая дисперсная система

Характеристика дисперсных систем и их виды

Неоднородной, или гетерогенной, считается система, которая состоит из двух или нескольких фаз. Каждая фаза имеет свою поверхность раздела, которую можно механически разделить.

Неоднородная система состоит из дисперсной (внутренней) фазы и дисперсионной (внешней) среды, окружающей частицы дисперсной фазы.

Системы, в которых внешней фазой являются жидкости, называются неоднородными жидкими системами, а системы, в которых внешней фазой являются газы, – неоднородными газовыми системами. Гетерогенные системы часто называют дисперсными системами.

Различают следующие виды неоднородных систем: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы, туманы.

Суспензия – это система, состоящая из жидкой дисперсионной фазы и твердой дисперсной фазы (например, соусы с мукой, крахмальное молоко, патока с кристаллами сахара). Суспензии в зависимости от размеров частиц делятся на грубые (размер частиц более 100 мкм), тонкие (0,1–100 мкм) и коллоидные (0,1 мкм и менее).

Эмульсия – это система, состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не смешивающейся с первой (например, молоко, смесь растительного масла и воды). Под действием силы тяжести эмульсии расслаиваются, но при незначительных размерах капель (менее 0,4–0,5 мкм) или при добавлении стабилизаторов эмульсии становятся устойчивыми, не способными к расслоению в течение продолжительного периода.

Увеличение концентрации дисперсной фазы может вызвать ее переход в дисперсионную фазу, и наоборот. Такой взаимный переход называется инверсией фаз.Имеются газовые эмульсии, в которых дисперсионная среда – жидкость, а дисперсная фаза – газ.

Пена – это система, состоящая из жидкой дисперсионной фазы и распределенных в ней пузырьков газа (газовая дисперсная фаза) (например, кремы и другие взбитые продукты). Пены по своим свойствам близки к эмульсиям. Для эмульсий и пен характерна инверсия фаз.

Пыли, дымы, туманы представляют собой аэрозоли.

Аэрозолями называют дисперсную систему с газообразной дисперсионной средой и твердой или жидкой дисперсной фазой, которая состоит из частиц от квазимолекулярного до микроскопического размера, обладающих свойством находиться во взвешенном состоянии более или менее продолжительное время (например, мучная пыль, образуемая при измельчении зерна, просеивании, транспортировке муки; сахарная пыль, образуемая при сушке сахара, и др.). Дым образуется при сжигании твердого топлива, туман – при конденсации пара.

В аэрозолях дисперсионной средой является газ или воздух, а дисперсной фазой в пыли и дыме – твердые вещества, в туманах – жидкость. Размеры твердых частиц пыли составляют 3–70 мкм, дыма – 0,3–5 мкм.

Туман – это система, состоящая из газовой дисперсионной среды и распределенных в ней капель жидкости (жидкая дисперсная фаза). Размер жидких капель, образовавшихся в результате конденсации в тумане, составляет 0,3–3 мкм. Качественным показателем, характеризующим однородность частиц аэрозоля по размеру, является степень дисперсности.

Аэрозоль называют монодисперсным, когда составляющие его частицы имеют одинаковый размер, и полидисперсным при содержании в нем частиц разного размера. Монодисперсных аэрозолей в природе практически не существует. Лишь некоторые аэрозоли по размерам частиц приближаются к монодисперсным системам (гифы грибов, специально получаемые туманы и др.).

Дисперсные, или гетерогенные, системы в зависимости от количества дисперсных фаз могут быть одно– и многокомпонентными. Например, многокомпонентной системой являются молоко (имеет две дисперсные фазы: жир и белок); соусы (дисперсными фазами являются мука, жир и др.).

Источник

Химия

Лучшие условия по продуктам Тинькофф по этой ссылке

Дарим 500 ₽ на баланс сим-карты и 1000 ₽ при сохранении номера

. 500 руб. на счет при заказе сим-карты по этой ссылке

Лучшие условия по продуктам
ТИНЬКОФФ по данной ссылке

План урока:

Дисперсная система – гетерогенная структура, в которой вещества не смешиваются между собой и не растворяются друг в друге. Она включает дисперсионную среду (большая часть смеси) и дисперсную фазу (раздробленное вещество), между которыми есть поверхность раздела.

Классификация в зависимости от агрегатного состояния

Среда и фаза могут существовать в различных агрегатных состояниях. Таким образом, есть 9 видов систем.

Классификация в зависимости от интерактивности частиц

Частицы взаимодействуют друг с другом. В зависимости от интерактивности частиц дисперсные системы делятся на два типа.

Если в смеси частицы имеют одинаковый размер, то систему называют монодисперсной, если разный – полидисперсной. Реальные системы обычно полидисперсны. Существуют сложные структуры с несколькими фазами.Если нагреть жидкую дисперсионной среду с твердой дисперсной фазой, то образуется сложная система «пар-капли-твердые вещества».

Сложная дисперсная система – молоко.

Пример сложной системы – молоко. Дисперсионной средой в структуре является вода, а дисперсной фазой – жир, казеин и молочный сахар. Жир – эмульсия, которая при длительном стоянии поднимается кверху в виде сливок. Казеин – коллоидный раствор, который может осаждаться в виде творога при окислении молока. Молочный сахар – молекулярный раствор, который выделяется только при испарении воды.

Типы в зависимости от размера частиц

Дисперсные системы классифицируются на несколько видов в зависимости от размера частиц.

Отдельные вещества относятся к нескольким типам. Некоторые золи при определенной температуре текучи, поэтому их относят к свободнодисперсным. При понижении температуры частицы этого золя слипаются между собой, становясь твердыми и переходя в связнодисперсную форму.

Грубодисперсные системы (размер частиц > 1000 мкм)

Взвеси – грубодисперсные смеси, в которых агрегаты можно увидеть без помощи специальных устройств. Они отличаются непрозрачностью. Взвеси классифицируются на три вида.

Производство сельскохозяйственных удобрений основано на уникальных свойствах взвесей. При образовании почвы или насыщении грунта полезными элементами также участвуют грубодисперсные структуры.

Коллоидные системы (размер частиц 1-1000 мкм)

Коллоидные частицы нельзя разделить без специальной техники или препаратов, в отличие от взвесей. Внешне они схожи с однородными смесями. Коллоидные системы делятся на два вида.

m (раствора KOH) = V (KOH) x p (KOH) = 100 мл х 1,138 г/см 3 = 113,8 г

100 г р-ра – 15 г в-ва

113,8 г р-ра – х г в-ва

m (KOH) = (113,8 х 15)/100 = 17,07 г

М (КОН) = 39 г/моль + 16 г/моль + 1 г/моль = 56 г/моль

n (КОН) = m (КОН)/М (КОН) = 17,07 г/56 г/моль = 0,305 моль

V (КОН)= (1000 мл х 0,305 моль)/0,1 моль = 3050 мл

Ответ: V (КОН) = 3050 мл

Применение дисперсных систем

Не только на производстве встречаются дисперсные системы, но и в природных условиях. Кровяная плазма, белок яйца,вода в реке и озере – золи. Дисперсными системами являются такие природные явления как облака, туман, дым, морская пена и т.д.

Человек в строительстве применяют краски, клеи, лаки. Также популярны косметические крема и медицинские мази, которые также относятся к дисперсным системам. Мы даже употребляем дисперсные системы в пищу в виде зефира, мармелада, киселя и других продуктов.

Дисперсные системы окружают нас и дома, и в живой природе. Без дисперсных систем невозможно представить жизнь на нашей планете. Таким образом, коллоидная химия – это наука о жизни.

Источник

Энергетика и дисперсность тумана, образованного ультразвуковым увлажнителем

Предложенная ранее гипотеза о бимодальном спектре капель «ультразвукового» тумана — это новый взгляд на физический процесс и на его энергетическую эффективность.

Рассмотрим процесс образования тумана, происходящий в увлажнителе воздуха, в котором распыляют воду с помощью ультразвукового фонтана [1]. Туман — это относительно устойчивая, но постоянно изменяющаяся («стареющая») среда, содержащая множество сконцентрированных в некотором объёме свободно витающих в воздухе капель воды.

Преобразование первично образованного тумана — его «старение» — наблюдается постоянно, поскольку с течением времени происходит: уменьшение концентрации, количества витающих капель — испарение самых мелких капель, укрупнение капель при переконденсации влаги на поверхность более крупных капель, коалесценция — слияние капель, изменение их электростатического заряда, повышение степени гравитационного осаждения — седиментации крупных капель и др. Отдельные стадии «старения» тумана, претерпевающего ряд трансформаций, протекают за доли секунды, иные за десятки минут и более.

Исследователи жидких аэрозолей часто не придавали должного значения малозаметным быстро происходящим стадиям его изменения. При этом они сталкивались (и продолжают сталкиваться) с изучением не первично образованного тумана, а его изменённого прообраза — «вторичного» тумана, параметры которого удавалось зафиксировать с помощью применяемых ими соответствующих методик измерений и имеющихся в наличии доступных измерительных средств (прямые бесконтактные способы регистрации минимальных размеров и количества капель плотного тумана доступны только для частиц величиной, измеряемой десятыми долями микрометра).

До сих пор при описании тумана, полученного распылением воды в ультразвуковом фонтане, исследователи наиболее часто оперируют данными, полученными при изучении изменённого «вторичного» спектра капель, описываемого понятиями, корреспондирующимися преимущественно с классической волновой теорией распыления жидкостей, и не уделяют должного внимания столь значимой кавитационной составляющей — наиважнейшей при изучении именно ультразвукового процесса.

Это обстоятельство приводит к заметному разбросу опубликованных значений физических величин, описывающих свойства туманов, генерируемых конкретными ультразвуковыми устройствами распыления воды, что затрудняет для проектировщика задачу выбора правильной стратегии их эффективного применения.

Распыление воды в ультразвуковом фонтане с образованием области мелкодисперсного тумана известно около 100 лет.

На протяжении первых 50 лет была изучена физическая природа образования мелкодисперсного тумана; сформировались две самостоятельные гипотезы, характеризующие изучаемый процесс распыления жидкостей: капиллярно-волновая и кавитационная. Были определены основные характеристики генерируемого аэрозоля: размеры — спектр распределения капель (диапазон дисперсности), плотность, концентрация, водность аэрозоля, а также устойчивость — время «старения» тумана.

По результатам глубокого анализа предшествующих работ и детальных исследований, проведённых в 1960-х годах в Акустическом институте АН СССР под руководством д.т.н., профессора Л. Д. Розенберга, была предложена (актуальная сегодня) компромиссная кавитационноволновая гипотеза акустического распыления жидкостей в ультразвуковом фонтане [2]. Был измерен и проанализирован спектр водного мелкодисперсного аэрозоля-тумана, генерируемого ультразвуковыми колебаниями, и энергозатраты на образование многомиллионного количества его капель (энергозатраты на разрыв «сплошности» воды).

Было подтверждено соответствие спектра распределения количества капель генерируемого аэрозоля традиционному логарифмически-нормальному закону их распределения по размерам. Такое распределение капель хорошо согласуется с волновой природой диспергирования жидкостей. В литературных источниках в мегагерцовом диапазоне ультразвукового распыления обычно указывают размеры капель от 1 до 15–20 мкм.

Образование тумана происходит при разрыве однородности (сплошности) ультразвукового (водяного) фонтана и создании новых поверхностей в виде мелкодисперсных капель аэрозоля. На достижение конечного результата — получение водного тумана — расходуется лишь малая доля потребляемой увлажнителем электрической энергии.

Кроме целевого потребления энергии на образование непосредственно новой поверхности мелкодисперсных капель, она расходуется поэтапно в генераторе токов высокой частоты, в пьезокерамическом излучателе ультразвуковых колебаний, при прохождении направленного ультразвука через слой воды и его самофокусировке на её изгибающейся поверхности, на образование и поддержание непосредственно фонтана, на перемешивание воды, находящейся в сосуде, на генерирование кавитационной области внутри фонтана и капиллярных волн на его поверхности, на придание начальной кинетической энергии и электрического заряда каплям, отделяющимся от поверхности фонтана, и др.

При этом результаты анализа энергопотребления на процесс образования новой поверхности распыляемой жидкости выявили неудовлетворительное соответствие (разбаланс) между суммарным энергопотреблением на этапах с предполагаемым наибольшим расходованием энергии в цепи выделенных её «потребителей», расчётными численными значениями и реально зафиксированными величинами потребляемой электроэнергии.

В 1975–1985-х годах в Ленинградском технологическом институте холодильной промышленности (ЛТИХП) были проведены исследования ультразвукового увлажнителя воздуха [1]. Анализ баланса суммарной массы влаги, выводимой из корпуса увлажнителя в виде тумана, содержащего известный (измеряемый) спектр витающих в воздухе капель и насыщенный водяной пар, позволил обоснованно предположить наличие в тумане большого количества инструментально не зафиксированных очень мелких капель. Результаты экспериментальных и аналитических работ способствовали формулированию предложенной в 1987 году гипотезы о бимодальном спектре распределения капель по размерам, образующих устойчивый туман вблизи ультразвукового фонтана, который можно практически без потерь транспортировать по воздуховодам преимущественно с их плавной геометрией [3].

Плотность распределения диаметров (вероятных размеров) капель тумана, образованного ультразвуковым увлажнителем, представлена на рис. 1.

Учитывая положения предложенной гипотезы, вероятная величина наиболее часто встречающегося диаметра капель уменьшается примерно на два порядка, и «разбаланс» величин, составляющих суммарные расчётные энергозатраты на основные этапы процесса распыления и реальное потребление энергии увлажнителем, значительно сокращается. Столь значительные изменения в оценке дисперсности образуемого тумана показывают расхождение с аналогичными физическими характеристиками аэрозолей, зафиксированными доступными в те годы средствами измерений и опубликованными в 1970 году в упоминаемом выше академическом издании [2].

Уточнение спектра размеров и счётного количества капель в генерируемом аэрозоле (тумане) осуществлялось в 1985 году в НИИ физики облаков (город Обнинск) с применением телевизионного спектрометра аэрозолей «Аспект-10» [4]. Телевизионный спектрометр позволяет производить прямые бесконтактные измерения капель тумана до минимальных размеров частиц, равных 0,2 мкм.

Там же в подтверждение выдвинутой гипотезы по сухому остатку испарившихся капель концентрированного соляного раствора было косвенно подтверждено присутствие в образуемом тумане большого количества капель с размерами менее 0,2 мкм.

Подтверждением гипотезы бимодального спектра распределения капель по размерам можно также считать выводы, опубликованные в 2015 году [5].

Рассмотрим энергетику непосредственно процесса распыления (измельчения) воды. Определим технологический коэффициент полезного действия (КПД) процесса туманообразования.

Энергию (расход энергии) образования новой поверхности можно рассчитать по формуле:

где S_D — площадь поверхности распыляемого (за 1 с) объёма воды, которую условно представляем в виде начальной одиночной капли диаметром D, м; S_d — суммарная площадь капель тумана количеством n с усреднённым диаметром d, м (образованных при диспергировании капли диаметром D); σ — коэффициент поверхностного натяжения воды, Н/м.

После преобразований расчётная формула (1) примет вид:

Для практического расчёта воспользуемся известными характеристиками серийно выпускаемых высокочастотных ультразвуковых увлажнителей.

При удельной производительности увлажнителя по влаге, равной 1 кг/ч, устройство потребляет из сети мощность 80 ВА (≈ 80 Вт) [1]. При пересчёте на секундный расход эти цифры составят G_ув = = 0,278×10 –3 кг/с и расход электроэнергии ΔР = 80 Вт·с.

Приравнивая величину действительного секундного расхода G_ув увлажнителя-распылителя к массе условной начальной капли воды, подвергаемой дроблению, рассчитываем диаметр условной начальной капли D = 0,0081 м (0,81 см), тогда площадь поверхности этой капли S_D = 206×10 –6 м (2,06 см²).

В монографии [2] указан наиболее часто встречающийся диаметр капель при распылении воды на частоте звука, близкой к величине 2 МГц, который равен 2×10 –6 м (2 мкм).

По известным справочным данным коэффициент поверхностного натяжения воды (при температуре распыляемой воды ≈ 3 0 °C) равен σ = 712,2×10 –4 Н/м, при этом плотность воды — ρ ≈ 995 кг/м³. Тогда секундный расход энергии на образование капель тумана будет равен ΔW = 0,0594 Дж (Вт·с). При этом за 1 с образуется туман с количеством капель n = 6,6×10 10 шт., а суммарная поверхность образованных туманом капель составит S_d = 0,834 м². Общая поверхность капель тумана за 1 c возросла многократно — в 4000 раз.

По величинам секундного расхода затраченной и рассчитанной энергии на образование тумана определим технологический КПД процесса туманообразования как ΔW/ΔP = 0,00074 (или 0,07 4 %).

Причём аналогичный показатель более производительного ультразвукового распыления воды в слое (килогерцового диапазона частот), генерирующего более крупный аэрозоль, примерно в два раза уступает распылению в ультразвуковом фонтане [2]. Другие способы получения жидких и твёрдых аэрозолей также имеют низкие значения технологических КПД — сотые доли процента; заметим, что получение более крупного аэрозоля обычно является менее энергозатратным процессом [2, 6].

Если воспользоваться предложенной в 1987 году гипотезой о бимодальном спектре генерируемых ультразвуковым увлажнителем капель тумана, то d = d_бм ≈ 0,02 мкм, тогда расчётный технологический коэффициент полезного действия процесса туманообразования увеличится до значения ΔW/ΔP = 7, 4 %.

Количество капель тумана возрастает на шесть порядков: n_м = 6,6×10 16 шт. Суммарная площадь поверхности капель достигает S_dм = 83,4 м² (S_м/S_D ≈ 400×10 3 — кратность увеличения поверхности капель тумана за 1 с).

Полученные величины хорошо корреспондируются с прогнозируемыми значениями технологического КПД (до 5–1 0 %) разрабатываемых перспективных измельчителей твёрдых веществ для получения порошков [6]. Причём при разработке новых устройств для получения мелкодисперсных порошков особое внимание уделяют обеспечению немедленного удаления полученного продукта (мелочи) из зоны дробления. Только при этом будут сведены к минимуму потери энергии, связанные с взаимодействием частиц между собой, — их трением, нагреванием, сцеплением, то есть вторичным укрупнением с образованием агломератов.

Приведённые утверждения можно полностью отнести к мелкодисперсным туманообразующим распылителям воды, в которых с целью замедления «старения» тумана необходимо стремиться к максимально быстрому рассредоточению капель генерируемого аэрозоля. Мелкодисперсные нанопорошки получают также посредством распыления растворов с последующим высушиванием (испарением) жидкого аэрозоля и сбором сухого остатка капель.

В заключение хочется отметить, что процесс получения мелкодисперсного тумана является процессом с весьма низким расчётным технологическим КПД, и даже небольшое повышение этого показателя, например, за счёт искусственного замедления или приостановки процесса «старения» тумана, может значительно расширить область рационального применения ультразвуковых устройств.

Аэрозольные капли плотного ультразвукового тумана в процессе его «старения» особенно подвержены электростатической коалесценции, так как образование капель практически всегда сопровождается приобретением ими разноимённых зарядов при их очень малой массе (более крупные и массивные капли в значительно меньшей степени подвергаются электростатической коалесценции). Поэтому торможению трансформации начального спектра размеров капель тумана, образованного ультразвуковым распылителем воды в фонтане, должна способствовать специальная технологическая операция придания преимущественно униполярного заряда генерируемым каплям тумана и внутренним стенкам корпуса увлажнителя (искусственную электризацию капель ограниченно применяют в медицинских ингаляторах).

Итак, технология распыления воды в ультразвуковом фонтане — получения сверхмелкодисперсного тумана — в соответствии с гипотезой о бимодальном спектре размеров капель позволяет достигать научно прогнозируемых максимальных (стремящихся к 1 0 %) значений коэффициента полезного действия процесса образования новой поверхности витающих в воздухе частиц (капелек воды), значительно опережая по этому показателю широко известные в разных сферах применения способы и устройства мелкодисперсного распыления воды.

Эта особенность и уникальные характеристики тумана, генерируемого ультразвуковыми увлажнителями, способствуют более рациональному их применению во многих технологических процессах, требующих поддержания точных и часто экстремальных параметров воздушной среды. Учитывая относительно небольшую единичную производительность анализируемых ультразвуковых увлажнителей по влаге, передаваемой обрабатываемому воздуху (отдельные блоки до 30 кг/ч), можно также рекомендовать их эффективное применение для финишной обработки достаточно больших объёмов воздуха.

Источник

Вопрос 3. Аэрозоли, дымы, туманы.

Аэрозолями называют дисперсные системы, дисперс­ ной фазой которых могут быть твердые частицы или капельки жидкости, а дисперсионной средой являет­ ся газ (воздух).

Обычно аэрозоли классифицируют по агрегатно­му состоянию дисперсной фазы. Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой называют туманами, с твердыми частицами — дымами.Аэрозоли с твердой дисперс­ной фазой, размеры частиц которых больше, чем у дымов, обычно называют пылью.

Это деление довольно условно, так как обычный дым, образующийся при сгорании топлива, содержит твердые частицы сажи и золы, а также жидкие кап­ли продуктов перегонки топлива и воды. Твердые частицы дыма могут адсорбировать влагу из атмо­сферного воздуха и, в свою очередь, капли жидкости могут включать в себя твердые частицы. Такие сложные дисперсные системы, включающие и дым, и туман часто образуются в задымленной атмосфе­ре промышленных городов; они получили название смог.

Как и любые дисперсные системы, аэрозоли мо­гут быть образованы двумя методами — конденсаци­онным и диспергационным. К конденсационному ме­тоду относится возникновение тумана при охлажде­нии насыщенного пара. В результате реакции между хлороводородом и аммиаком в газовой фазе полу­чаются твердые частицы хлорида аммония, образую­щие в воздухе белый дым.

При диспергационных методах получения аэрозо­лей твердые или жидкие вещества размельчаются обычно механическим путем, а затем твердые части­цы или жидкие капельки распределяются в газе. Так образуется мучная пыль на мельницах, пыль сахар­ной пудры и порошка какао на кондитерских пред­приятиях. Широко распространено пневматическое распыление жидкостей с помощью так называемых аэрозольных баллончиков при получении парфюмерно-косметических аэрозолей, аэрозолей инсектицидов, эмалей.

Специфические свойства аэрозолей — термофорез и теплопреципитация, т. е. удаление дисперсных частиц от нагретой поверхности и оседание частиц дисперсной фазы аэрозолей на холодной поверхности. Эти свойства объяс­няются тем, что молекулы газа движутся от более горя­чей поверхности с большой скоростью и «толкают» дис­персные частицы аэрозолей и более холодным участкам пространства.

Другое свойство аэрозолей — фотофорез, т. е. движе­ние частиц по направлению к источнику света или от источника света. Пока фотофорез не имеет обоснованного теоретического объяснения.

По оптическим свойствам аэрозоли мало чем отличаются от обычных коллоидных растворов, для них также характерно светорассеяние. Однако вслед­ствие большой разницы в показателях преломления газовой дисперсионной среды и жидкой или твердой дисперсной фазы для аэрозолей характерно более интенсивное светорассеяние, и они не пропускают свет. На этом свойстве аэрозолей основано примене­ние маскировочных дымовых завес. Благодаря све­торассеянию аэрозоли, находящиеся в верхних слоях атмосферы, могут уменьшать интенсивность солнеч­ной радиации и влиять на климатические условия.

У частиц аэрозолей нет двойного электрического слоя, но в определенных условиях они приобретают электрический заряд (электризация частиц). Заряд частиц аэрозолей может появиться в результате тре­ния при их распылении или вследствие адсорбции на поверхности частиц газовых ионов, образующихся под действием космических лучей. Экспериментально установлено, что обычно частицы аэрозолей метал­лов и их оксидов несут отрицательный заряд, частицы неметаллов заряжены положительно. Положи­тельно заряжены частицы аэрозоля крахмала, отри­цательно — частицы муки. В отличие от коллоидных систем, в которых заряд частицы определяется изби­рательной адсорбцией ионов, величину и знак заряда частиц аэрозолей заранее предвидеть нельзя.

Электризация частиц может произойти при получении аэрозолей методом диспергирования, причем крупные и мелкие частицы приобретают заряды про­тивоположных знаков. В аэрозолях больших объе­мов, например в облаках, постепенно может происхо­дить разделение частиц по высоте. Более тяжелые крупные частицы концентрируются в нижней части объема, более мелкие — в верхней. Так как эти частицы несут противоположные по знаку заряды, то возникает электрическое поле высокой напряженно­сти. Если напряженность поля будет больше, чем 300 В/см, то возможен пробой воздуха, т. е. молния.

Электрические заряды отдельных частиц аэрозо­лей очень невелики, и поэтому они не могут опреде­лять агрегативную устойчивость аэрозолей. При высо­кой дисперсности и седиментационно устойчи­вости аэрозоли агрегативно неустойчивы. Для них характерна быстрая коагуляция, особенно если аэрозоли полидисперсные и частицы их противопо­ложно заряжены. Укрупнение частиц аэрозолей, в частности капелек тумана, возможно и при изотер­мической перегонке, при которой мелкие капельки испаряются и за счет этого увеличивается размер крупных капель.

Аэрозоли имеют большое практическое значение в ряде отраслей промышленности и сельского хозяй­ства. Иногда их специально получают, и они являют­ся полезными, в других случаях они образуются са­мопроизвольно и, как правило, нежелательны.

Очень широко применяют аэрозоли в сельском хозяйстве для борьбы с вредными насекомыми. Для опыления лесов и полей наиболее эффективны ядохи­микаты в виде аэрозолей. С помощью аэрозолей за­щищают фруктовые сады от заморозков. Дым, ко­торый образуется при горении костров, препятствует тепловому излучению поверхности земли и на ка­кое-то время создает в саду теплый микроклимат.

Жидкое топливо сжигают в топках в распылен­ном состоянии, т. е. в виде аэрозоля.

Различные поверхности часто окрашивают путем пневматического распыления красок и лака. Этот ме­тод окраски очень производителен и обеспечивает получение равномерного покрытия высокого каче­ства.

Аэрозоли широко применяют в медицине для вве­дения лекарственных препаратов через дыхательные пути непосредственно в легкие, где они легко всасы­ваются и быстро поступают в кровь.

Один из самых распространенных процессов в технике — это высушивание.

В промышленности, в том числе и в пищевой, проводят высушивание в распылительных сушилках. Подлежащая сушке жидкость, обычно представляющая собой раствор нелетучего компонента в летучем растворителе, распыляется до мельчайших капелек в сухом горячем воздухе. Благодаря большой удельной поверхности аэрозоля испарение идет очень интенсивно, и сушка осуществляется за 15—20 с. Таким способом получа­ют сухие молоко, кровь, альбумин.

Часто аэрозоли нежелательны, так как могут приносить большой материальный ущерб. В очень мно­гих производствах вместе с дымом в воздух выбра­сываются громадные количества ценных веществ, которые загрязняют окрестности, уничтожают расти­тельность и отрицательно влияют на здоровье людей. Особенно опасны аэрозоли для людей, работающих на производствах, на которых возможно образова­ние мельчайших твердых частиц. Даже химически инертные вещества в виде аэрозолей могут вызвать ряд легочных заболеваний.

Особое место среди аэрозолей занимают биоаэро­золи. Это микроорганизмы, в том числе вирусы, пыльца и споры растений, взвешенные в воздухе. Пыльца, выделяемая цветущими растениями, легко переносится потоками воздуха и, попадая в дыха­тельные пути, вызывает у некоторых людей заболе­вание — аллергию. Биоаэрозоли, особенно аэрозоли вирусов, способствуют распространению инфекцион­ных болезней.

Пыли многих веществ образуют с воздухом взры­воопасные смеси и поэтому могут быть причиной серьезных аварий на производствах.

Взрыв — одна из разновидностей реакции горения, протекаю­щая очень быстро с выделением тепла и большого количества газообразных продуктов сгорания. При горении твердых частиц процесс начинается с поверхности, а так как у аэрозолей удель­ная поверхность очень велика, то и горение идет с очень боль­шой скоростью, т. е. со взрывом. Для взрыва необходима определенная концентрация пыли в воздухе (табл. 3) и, кроме того, должен быть источник воспламенения.

Источником воспламенения может служить открытый огонь (пламя спички, горящая папироса), искры в неисправных элек­трических приборах, разряд статического электричества. Для предотвращения взрывов горючей пыли необходимо строго со­блюдать противопожарные мероприятия, применять специальные герметичные электрические приборы и должны быть приняты меры для снятия статического электричества (заземление).

Таблица 3. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) по взрывоопасности в воздухе некоторых пылей пищевых производств

Существует много методов разрушения аэрозолей, в основе которых лежат такие процессы, как инер­ционное осаждение, фильтрация, электростатическое осаждение и коагуляция. Выбор метода разрушения зависит от вида аэрозоля (химической природы и размера его частиц).

Инерционное осаждение проводят в устройствах, называемых циклонами. Циклон представляет собой металлический цилиндр, в котором поток воздуха с частицами пыли движется по спирали. При этом частицы отбрасываются на стенки и оседают на них. Циклоны применяют для разделения грубых аэрозо­лей с крупными частицами.

Один из методов разрушения облаков и туманов основан на коагуляции аэрозолей. Ее осуществляют распылением в аэрозоль гигроскопических веществ или твердого диоксида углерода, частицы которых становятся центрами конденсации или кристаллиза­ции. Коагуляцию аэрозолей можно вызвать также воздействием на них ультразвука. Ультразвук уско­ряет движение частиц аэрозоля и способствует со­единению их в крупные агрегаты, которые затем лег­ко отделяются в циклонах.

Аэрозоли используются в военном деле для маскиров­ки в виде дымовых завес. В сельском хозяйстве — для борьбы с вредителями, для защиты растений от внезапных заморозков. В медицине широко используется аэрозольный метод лекарственной терапии. Различные поверхности ча­сто окрашивают путем пневматического распыления кра­сок и лака. Этот метод окраски более производителен, чем обычный, и обеспечивает равномерное покрытие вы­сокого качества. Жидкое и твердое топливо эффективно сжигать в распыленном состоянии, в виде аэрозоля, так как чем лучше оно перемешивается с воздухом, тем пол­нее сгорает. Поэтому в камеру сгорания движется топливо поступает в мелкодисперсном состоянии.

Дата добавления: 2018-09-20 ; просмотров: 1975 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник