13.7. Termalni transformatori

Često je za tehnološki proces potrebno održavati određenu temperaturu.

Najjednostavniji način takve podrške je sagorijevanje goriva i prijenos topline iz vrućih produkata sagorijevanja ili direktno do potrošača ili do srednjeg rashladnog sredstva. U ovom slučaju, razmjena topline se odvija prirodno iz izvora vrućeg s temperaturom T 1 hladnije sa temperaturom T 2. Ovom metodom nemoguće je prenijeti više topline od one koja se dobije pri sagorijevanju goriva (a zbog gubitaka je mnogo manje).

Međutim, u osnovi je moguće, imati određenu količinu topline q" at visoke temperature T 1, dobiti više topline na nižoj temperaturi bez troškova rada T 2. Da biste to učinili, dovoljno je izvršiti reverzibilni direktni Carnotov ciklus između izvora s visokom temperaturom i okruženje sa temperaturom T With, kao rezultat čega će se dobiti rad (vidi (7.7)):

Provodeći ovaj rad u reverzibilnom Carnotovom ciklusu između medija s temperaturom T With i potrošač sa temperaturom T 2, na potonje ćemo prenijeti količinu topline jednaku

Zamjenjujući u ovaj izraz vrijednost rada l With iz prethodnog izraza dobijamo:

gdje se naziva koeficijent proporcionalnosti ψ 1.2 faktor konverzije toplote temperatura T 1 na temperaturu T 2 .

Stoga, pošto je primio q" količina toplote iz izvora sa temperaturom T 1, može se prenijeti na tijelo s temperaturom T 2 količina toplote ψ 1.2 q" .

Jer T 2 T 1 , dakle q" >q" .

Na primjer, neka t 1 \u003d 1000 o C, t 2 \u003d 50 o C, t With \u003d 0 ° C. Koeficijent. Dakle, da bi se dobilo, pretpostavimo, 5 J toplote na temperaturi od 50 °C, treba utrošiti samo 1 J toplote na 1000 °C, dok se u konvencionalnoj instalaciji za grejanje 1 J toplote na visokoj temperaturi pretvara u ista količina toplote na niskoj temperaturi.

Dakle, sa termodinamičkog gledišta, instalacija grijanja je 5 puta manje ekonomična od reverzibilne instalacije za pretvaranje topline.

Uređaj koji omogućava direktne i reverzne cikluse prijenosa topline od izvora jedne temperature do potrošača druge temperature naziva se termotransformator.

Ako je tražena temperatura niža od početne temperature, tada se poziva termotransformator snižavanje.

Potrebna je pomoć za održavanje više temperature od originalne povećanje termotransformator, za koji, pošto T 2 > T 1 .

Rice. 13.7 Sl. 13.8

Termalni transformator je kombinacija toplotnog motora i toplotne pumpe.

Na sl. 13.7 prikazuje dijagram opadajućeg termičkog transformatora, a na sl. 13.8 je njegov teorijski ciklus.

Na sl. 13.9 prikazuje dijagram pojačanog termičkog transformatora, a na sl. 13.10 - njegov teorijski ciklus.

Na slikama: I - toplotni motor, II - toplotna pumpa.

Ako je termalni transformator dizajniran da održava temperaturu nižu i višu od originalne, onda se zove termotransformator mješovitog tipa.

Rice. 13.9 Sl. 13.10

test pitanja

Kako funkcionira obrnuti Carnotov ciklus?

Koji parametar ocjenjuje termodinamičku efikasnost instalacije toplotne pumpe?

Koja je razlika između dijagrama kruga toplotne pumpe i rashladnog uređaja?

14. Mešanje gasova i para

U raznim uređajima često je potrebno pozabaviti se miješanjem raznih plinova, para ili tekućina. U ovom slučaju potrebno je odrediti parametre stanja mješavine iz poznatih parametara stanja komponenti koje čine ovu smjesu.

Rješenje ovog problema ovisi o uvjetima pod kojima se ovaj proces miješanja izvodi. Sve metode za formiranje mješavina mogu se podijeliti u tri grupe:

miješanje plinova pri konstantnoj zapremini,

mešanje tokova gasa,

miješanje plinova prilikom punjenja rezervoara.

14.1. Proces miješanja pri konstantnoj zapremini

Ova metoda formiranja mješavine sastoji se u činjenici da nekoliko plinova pod pritiskom R 1 , R 2 , …, R n, temperature T 1 , T 2 , …, T n i mase G 1 , G 2 , …, G n zauzimaju različite zapremine V 1 , V 2 , …, V n(Sl. 14.1).

Ako uklonite pregrade između plinova, tada će se plinovi pomiješati, a volumen mješavine

V = V 1 + V 2 + …+ V n ,

i masu smjese

G = G 1 + G 2 + …+ G n .

Kada se uspostavi ravnotežno stanje, parametri smjese će biti R, v, T, u.

Pošto je proces adijabatski i zapremina se nije promenila, u skladu sa prvim zakonom termodinamike, unutrašnja energija sistemi:

U = U 1 + U 2 + …+ U n ili Gu=G 1 u 1 + G 2 u 2 + … + G n u n .

Dakle, specifična unutrašnja energija smeše se određuje na sledeći način:

, (14.1)

gdje g i- maseni udio i th gas.

A specifična zapremina je, po svojoj definiciji, jednaka

. (14.2)

Ostali parametri ( R, T) za stvarne gasove, pare i tečnosti nalaze se iz dijagrama za ove supstance.

U konkretnom slučaju kada se mešaju idealni gasovi konstantnog toplotnog kapaciteta, za šta du= c v dT, dobijamo

U slučaju kada se miješaju dijelovi istog plina, temperatura smjese se izračunava pomoću jednostavnije formule:

.

Pritisak plina nakon miješanja određen je Claiperon–Mendelejevom jednačinom

gdje R je konstanta gasne mešavine (definisana u odjeljku 1.4).

14.2. Proces miješanja

U ovom slučaju, miješanje plinova nastaje kao rezultat spajanja nekoliko tokova u jednom kanalu.

Pustite cevovod 1 (Sl. 14.2) gas sa parametrima ulazi u komoru za mešanje str 1 , v 1 , T 1 , h 1 i kroz cjevovod 2 – gas sa parametrima str 2 , v 2 , T 2 , h 2 .

Protok plina kroz cjevovod 1 jednaki G 1, kroz cjevovod 2 – G 2. Na ulazu u komoru za mešanje, ovi tokovi gasa se guše tako da pritisak u komori R bio manji od R 1 i R 2 (ako je npr. R > R 1, tada bi gas iz komore za mešanje jurio u cevovod 1 ).

Treba naglasiti da pritisak R u komori za miješanje može se odabrati drugačije (podešavanjem ventila); Na ovaj način se proces miješanja u struji značajno razlikuje od miješanja konstantan volumen, gdje je tlak jedinstveno određen parametrima miješanih plinova.

Iz komore za miješanje plin s parametrima R,v, T ispušta kroz cjevovod 3 . Potrošnja plina u cjevovodu 3 je očigledno jednako G = G 1 + G 2 .

Pošto se gas kreće u cevovodima, onda, pored unutrašnje energije, ima (u celini) i kinetičku i potencijalnu energiju. Radi jednostavnosti (za većinu tehničkih problema to je opravdano), pretpostavit ćemo da

cjevovodi se nalaze horizontalno, pa se promjena potencijalne energije može zanemariti;

brzine kretanja gasa su relativno male, tj. promijeniti kinetička energija takođe zanemarivanje.

Tada, prema prvom zakonu za adijabatsko strujanje (9.3), pod gore navedenim uslovima, imamo

Odavde dobijamo izraz za specifičnu entalpiju smeše dobijenu kao rezultat mešanja u toku:

. (14.3)

Poznavanje specifične entalpije h i pritisak R plina nakon miješanja, koristeći dijagrame stanja, možete pronaći preostale parametre smjese ( T, v, s i sl.).

Za idealnih gasova, zamjenjujući specifičnu entalpiju izrazom With R T, dobijamo

. (14.4)

U slučaju miješanja dva protoka istog plina, formula za temperaturu smjese je pojednostavljena:

. (14.5)

Poznavanje temperature određene na ovaj način T, iz jednadžbe stanja za idealni plin, možete pronaći specifičnu zapreminu:

Formule (14.3)–(14.5) su na sličan način napisane za proizvoljan broj protoka gasa koji se miješa.

14.3. Mešanje prilikom punjenja zapremine

Pustite u rezervoar 1 (Sl. 14.3) zapremine V postoji gas (para, tečnost) sa masom G 1 sa opcijama R 1 , T jedan . Ovaj rezervoar se napaja kroz cevovod. 2 gas sa parametrima R 2 , v 2 , T 2 (očigledno, R 2 > R 1) i težinu G 2, nakon čega se ventil zatvara. Rezervoar sadrži mešavinu gasova sa zapreminom V i težinu G = G 1 + G 2. Potrebno je odrediti parametre dobivene smjese.

Tokom procesa punjenja, posao potiskivanja se obavlja na gasu u cevovodu 2 jednak – str 2 v 2 G 2; u rezervoaru se ne odvija rad jer je zapremina rezervoara konstantna.

U adijabatskom procesu rad se obavlja zbog promjene unutrašnje energije (kao i ranije, zanemarujemo kinetičku energiju nadolazećeg plina zbog male brzine strujanja):

Dakle, specifična unutrašnja energija smjese u posudi jednaka je

Specifična zapremina smeše je, po definiciji, jednaka v = V/ G.

Znajući u i v, uz pomoć dijagrama pronađite preostale parametre smjese ( R, T, s, h).

U slučaju miješanja istog idealnog plina sa konstantnim toplinskim kapacitetima

gdje k je adijabatski indeks.

Pritisak u rezervoaru nakon mešanja je

Dva dijela zraka se pomiješaju, a masa prve komponente je 10 kg, a njena temperatura je 400 °C, a masa druge komponente je 90 kg, a temperatura je 100 °C. Odredite temperaturu mješavina za različite metode miješanja.

Rješenje: Temperatura smjese koja je rezultat procesa miješanja pri konstantnoj zapremini ili procesa miješanja u struji plina odredit će se formulom t = g 1 t 1 +g 2 t 2. I u našem primjeru jeste t\u003d 0,1 ∙ 400 + 0,9 ∙ 100 \u003d 130 o C.

Ako se smjesa dobije kao rezultat punjenja zapremine u kojoj se već nalazi prvi plin, tada se njena apsolutna temperatura izračunava po formuli T = g 1 T 1 +kg 2 T 2. U primjeru koji se razmatra, indeks adijabate zraka k= 1,4, a temperatura smjese je t\u003d 0,1 (400 +273) +1,4 ∙ 0,9 ∙ (100 +273) - 273 \u003d 264 o C.

14.4. Promjena entropije tokom miješanja

Entropija smjese je zbir entropija sastojaka ove smjese, tj.

ili u određenim jedinicama

Kako je proces miješanja ireverzibilan proces, entropija termodinamičkog sistema (svih tvari koje učestvuju u adijabatskom miješanju) će se u ovom procesu povećati prema drugom zakonu termodinamike, tj.

Nepovratnost procesa miješanja objašnjava se difuzijom komponenti miješanja koja prati ovaj proces. Povećanje entropije tokom mešanja je mera ove ireverzibilnosti.

test pitanja

Koje su glavne metode miješanja?

Kako se definira smjesa?

Kako odrediti temperaturu smjese različitim metodama miješanja?

Kako se može objasniti činjenica da se s adijabatskim miješanjem plinova ili para povećava entropija smjese?

15. Osnove hemijske termodinamike

Nehomogen sistem je određen sastavom njegovih komponenti. Pod određenim uslovima, ovaj sastav se može promeniti usled hemijskih i fizičko-hemijskih transformacija koje se dešavaju u sistemu, pri čemu dolazi do razaranja starih i nastanka novih veza između atoma. Ovi procesi su praćeni oslobađanjem ili apsorpcijom energije kao rezultat sila ovih veza.

Hemijska termodinamika razmatra primenu prvog i drugog zakona termodinamike na hemijske i fizičko-hemijske pojave.

15.1. hemijske reakcije

Hemijska supstanca je makroskopsko tijelo određenog hemijskog sastava, tj. tijelo, u odnosu na koje se zna ne samo od kojih hemijskih elemenata iu kojoj se omjeri sastoji ( pojedinačna hemikalija), ali se zna i od kojih jedinjenja hemijskih elemenata nastaje ( mješavina ili rješenje).

Hemijska supstanca (spoj) obično se karakteriše hemijskom formulom koja pokazuje od kojih se elemenata sastoji i u kom omjeru se atomi ovih elemenata kombinuju tokom njenog formiranja.

Procesi interakcije između pojedinih hemikalija, koji dovode do stvaranja novih supstanci, nazivaju se hemijske reakcije.

Bilo koja hemijska reakcija može se desiti iu naprijed iu obrnutom smjeru.

U zatvorenim sistemima, hemijske reakcije se odvijaju na način da se ukupna količina svakog od hemijskih elemenata prisutnih u sistemu ne menja. Iz tog razloga u hemijskim reakcijama ne učestvuju proizvoljne količine supstanci, već njihove stehiometrijske količine, tj. količine koje odgovaraju hemijskim formulama supstanci. Stoga se hemijske reakcije pišu kao jednakosti između hemijskih formula supstanci uključenih u reakciju i hemijskih formula proizvoda ove reakcije. Neka ALI 1 , ALI 2 , …, ALI n su polazni materijali, i AT 1 , AT 2 , …, AT m su krajnji produkti reakcije. Zatim hemijska reakcija između supstanci ALI 1 , ALI 2 , …, ALI n, što dovodi do stvaranja supstanci AT 1 , AT 2 , …, AT m, biće zapisano kao jednakost:

u kojoj je α 1 , α 2 , … α n, β 1 , β 2 … β m su stehiometrijski koeficijenti. Na primjer, sagorijevanje metana proizvodi ugljični dioksid i vodu:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O.

1 se uzima kao jedinica za količinu supstance u hemiji. mol. Ova količina sadrži strogo određen broj molekula (atoma) date supstance, jednak Avogadrovoj konstanti N A= 6,02204∙10 23 . Drugim riječima: 1 mol tvari definira se kao količina tvari čija je masa u gramima jednaka njenoj molekularnoj (atomskoj) masi M.

Sastav složenih sistema formiranih od mnogih supstanci, od kojih je količina svake n i madeži, u hemiji se daje molne frakcije komponenta sistema.

Mešanje gasova. Molekularna i molarna (turbulentna) difuzija

Molekularna difuzija- proces međusobnog prodiranja molekula jednog gasa u drugi, koji dovodi do stvaranja savršene smeše, primećuje se u stacionarnim gasovima i u laminarnim strujanjima.

U molekularnoj difuziji, miješanje plinova je određeno toplinskim kretanjem molekula. Iako je brzina molekula W je u prosjeku vrlo velika, dužina slobodnog puta / njihova je mala. Stoga se molekularna difuzija odvija prilično sporo. Količina plina koja difundira iz jednog sloja u drugi, prema Fickovom zakonu, je

gdje je koeficijent molekularne difuzije, m 2 /s; dC/dn -

gradijent koncentracije difuznog gasa, kg/m 4 .

Sa porastom temperature D a brzina difuzije se povećava. vrijednost D može se odrediti Sutherlandovom formulom u modifikaciji N.D. Kosovo:

gdje je D)12 koeficijent difuzije jednog plina (1) u drugi (2) plin pod pritiskom pQ i temperatura 7o; Q i C2 - Saderlendovi koeficijenti za komponente smeše, K (za metan C = 198, vazduh - 119, azot - 107,0 2 - 138, C0 2 - 255, ); p 0 , G 0 - vrijednost, respektivno, tlaka i temperature u normalnim fizičkim uvjetima (ro= 1,01 10 5 Pa; T 0= 273 K).

Često se koristi za određivanje koeficijenta molekularne difuzije D koristi se jednostavna formula snage

gdje P- empirijski koeficijent

Zavisnosti za koeficijente difuzije višekomponentne smjese su složenije (vidi , str. 80).

U turbulentnom strujanju, difuzija, kao i prijenos topline i unutrašnje trenje, povezani su s turbulentnim prijenosom i miješanjem konačnih makroskopskih gasnih masa - turbulentnih molova. Veličine ovih madeža i načini njihovog kretanja prije miješanja su raznoliki, postoji raspon vrijednosti ovih količina. Kretanje madeža je pulsirajuće prirode, brzina njihovog kretanja je brzina pulsiranja kroz tok. Pri niskim Re brojevima uočavaju se pulsacije velikih razmjera, a turbulentne brzine se značajno mijenjaju samo na velikim udaljenostima. Ispod skala talasanja(turbulencija) razumiju redoslijed dužine preko kojeg dolazi do značajne promjene brzine. Frekvencije velikih pulsacija su niske.

Sa povećanjem Re, uz velike pulsacije, pojavljuju se i visokofrekventne pulsacije malih razmjera. Skala velikih pulsacija je reda dimenzija koje definišu sistem (. D, I kanal ili besplatni mlaz, itd.). Pulsacije velikih razmjera određuju procese turbulentnog miješanja: unutrašnje trenje, difuziju i prijenos topline. Pulsacije malih razmjera vrše viskoznu disipaciju. Energija iz velikih krtica prenosi se na male i od njih se raspršuje. Mešanje se završava turbulentnom difuzijom, međutim, zbog molekularne difuzije.

Koristeći razmatranja dimenzija i analogiju s procesima molekularnog prijenosa, uvodi se koncept turbulentni transportni koeficijent A T, koji karakterizira unutrašnje trenje, difuziju i prijenos topline u turbulentnom strujanju:

gdje G- skala turbulencije, dužina turbulentnog kretanja

mol prije miješanja (analogni /); - RMS

pulsirajuća brzina.

Koeficijent A t je istovremeno koeficijent turbulentne difuzije D T , turbulentna termička difuzivnost a t i viskozitet (vT). To ne zavisi od svojstava gasa, već je određeno karakteristikama turbulencije.

Zamjenom (3.57) u (3.56) dobijamo Prandtlovu formulu

Relacija (3.58) omogućava procjenu transportnih koeficijenata u turbulentnom strujanju. Za proračune procesa prijenosa (difuzije) mogu se koristiti relacije (jednačine) vezane za molekularne procese, zamjenjujući u njima D, a, V na D T , a t, v x . Uz uporedivi učinak turbulentnog i molekularnog transporta, uvedeni su ukupni koeficijenti.

2. Mešanje gasova i para različitih temperatura.

Tako nastaju atmosferske magle. Najčešće se magla pojavljuje po vedrom vremenu noću, kada se površina Zemlje, koja intenzivno odaje toplinu, uvelike ohladi. Topli vlažni vazduh dolazi u dodir sa zemljom koja se hladi ili sa hladnim vazduhom blizu njene površine i u njoj se formiraju kapljice tečnosti. Isto se dešava kada se frontovi toplog i hladnog vazduha mešaju.

3. Hlađenje gasne mešavine koja sadrži paru.

Ovaj slučaj se može ilustrirati na primjeru kotlića u kojem ključa voda. Iz izljeva izlazi vodena para, koja je nevidljiva jer ne raspršuje svjetlost. Nadalje, vodena para se brzo hladi, voda u njoj se kondenzira, a već na maloj udaljenosti od izljeva čajnika vidimo mliječni oblak - maglu koja je postala vidljiva zbog sposobnosti raspršivanja svjetlosti. Sličan fenomen se opaža kada otvorimo prozor na mraznom danu. Jači aerosol nastaje kada ulje prokuvano u tiganju stvara gas (uljni aerosol) u prostoriji, koji se može ukloniti samo dobro provetrenom prostorijom.

Osim toga, kondenzacijski aerosol može nastati kao rezultat plinskih reakcija koje dovode do stvaranja neisparljivih proizvoda:

Prilikom sagorijevanja goriva nastaju dimni plinovi čija kondenzacija dovodi do pojave dima iz peći;

Kada se fosfor sagorijeva na zraku, nastaje bijeli dim (P 2 O 5);

· pri interakciji gasovitih NH 3 i HC1 nastaje dim MH 4 C1 (tv);

Oksidacija metala u vazduhu, javlja se u raznim metalurškim i hemijski procesi, praćeno je stvaranjem dima koje se sastoje od čestica metalnih oksida.

METODE DISPERZIJE

Disperzijski aerosoli nastaju tokom mlevenja (prskanja) čvrstih i tečna tijela u gasovitoj sredini i pri prelasku praškastih materija u suspendovana stanja pod dejstvom strujanja vazduha.

Prskanje čvrstih materija odvija se u dvije faze:

mljevenje i zatim prskanje. Prijenos tvari u aerosolno stanje mora se izvršiti u trenutku nanošenja aerosola, jer se, za razliku od drugih disperznih sistema - emulzije, suspenzije, aerosoli ne mogu pripremiti unaprijed. U kućnim uslovima, gotovo jedino sredstvo za dobijanje tečnih i praškastih aerosola je uređaj koji se zove "aerosolna ambalaža" ili "aerosolna konzerva". Supstanca u njoj se pakuje pod pritiskom i raspršuje pomoću tečnih ili komprimovanih gasova.

OPĆE KARAKTERISTIKE AEROSOLA

Svojstva aerosola određuju:

Priroda tvari dispergirane faze i disperzijskog medija;

Parcijalna i masena koncentracija aerosola;

Veličina čestica i distribucija veličine čestica;

Oblik primarnih (neagregiranih) čestica;

Struktura aerosola;

Naboj čestica.

Za karakterizaciju koncentracije aerosola, kao i drugih dispergiranih sistema, koriste se masena koncentracija i numerička (parcijalna) koncentracija.

Masena koncentracija - masa svih suspendovanih čestica u jedinici zapremine gasa.

Numerička koncentracija - broj čestica po jedinici zapremine aerosola. Koliko god bila velika brojčana koncentracija u trenutku formiranja aerosola, nakon nekoliko sekundi ne može preći 10 3 čestica/cm 3 .

VELIČINE AEROSOLNIH ČESTICA

Minimalna veličina čestica određena je mogućnošću postojanja supstance u stanju agregacije. Dakle, jedan molekul vode ne može formirati ni gas, ni tečnost, ni čvrsto telo. Za formiranje faze potrebni su agregati od najmanje 20-30 molekula. Najmanja čestica solidan ili tečnost ne može imati veličinu manju od 1 10 -3 mikrona. Da bi se plin smatrao kontinuiranim medijem, potrebno je da veličine čestica budu mnogo veće od slobodnog puta molekula plina. Gornja granica veličine čestica nije striktno definirana, ali čestice veće od 100 mikrona ne mogu dugo ostati suspendirane u zraku.

MOLEKULARNO-KINETIČKA SVOJSTVA AEROSOLA

Karakteristike molekularno-kinetičkih svojstava aerosola su zbog:

Niska koncentracija čestica dispergirane faze - dakle, ako 1 cm 3 hidrosola zlata sadrži 10 16 čestica, onda u istoj zapremini zlatnog aerosola ima manje od 10 7 čestica;

Nizak viskozitet disperzione sredine - vazduha, dakle, nizak koeficijent trenja (B) koji nastaje kretanjem čestica;

Mala gustina disperzione sredine, dakle ρ deo » ρ gasa.

Sve to dovodi do činjenice da je kretanje čestica u aerosolima mnogo intenzivnije nego u liosolima.

Razmotrimo najjednostavniji slučaj, kada se aerosol nalazi u zatvorenoj posudi (tj. vanjska strujanja zraka su isključena), a čestice su sferne polumjera r i gustine p. Na takvu česticu istovremeno djeluju sila gravitacije usmjerena okomito prema dolje i sila trenja u suprotnom smjeru. Osim toga, čestica je braunovsko kretanje, što rezultira difuzijom.

Za kvantifikacija procesa difuzije i sedimentacije u aerosolima, možemo koristiti vrijednosti

specifični difuzijski tok i diff i

specifični tok sedimentacije i sed. .

Da biste saznali koji će protok prevladati, razmotrite njihov omjer:

U ovom izrazu, (p - p 0) » 0. Dakle, veličina frakcije će biti određena veličinom čestica.

Ako je r > 1 μm, onda i sed » i dif, tj. difuzija se može zanemariti – dolazi do brzog taloženja i čestice se talože na dno posude.

Ako je 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.

Dakle, i vrlo male i vrlo velike čestice brzo nestaju iz aerosola: prva zbog prianjanja na zidove ili lijepljenja, druga - kao rezultat taloženja na dno. Čestice srednjih veličina imaju maksimalnu stabilnost. Dakle, koliko god bila velika numerička koncentracija čestica u trenutku formiranja aerosola, nakon nekoliko sekundi ne prelazi 10 3 dijelova/cm 3 .

ELEKTRIČNA SVOJSTVA AEROSOLA

Električna svojstva čestica aerosola značajno se razlikuju od električna svojstvačestice u liosolu.

1. DEL se ne pojavljuje na česticama aerosola, jer zbog niske permitivnost plinovitog medija, u njemu se praktički ne događa elektrolitička disocijacija.

2. Naboj na česticama nastaje uglavnom zbog neselektivne adsorpcije jona, koji nastaju u gasnoj fazi kao rezultat jonizacije gasa kosmičkim, ultraljubičastim ili radioaktivnim zracima.

3. Naboj čestica je slučajan, a za čestice iste prirode i iste veličine može biti različit i po veličini i po predznaku.

4. Naboj čestice se mijenja u vremenu i po veličini i po predznaku.

5. U nedostatku specifične adsorpcije, naboji čestica su vrlo mali i obično premašuju elementarni električni naboj ne više od 10 puta.

6. Specifična adsorpcija je karakteristična za aerosole čije čestice formira visoko polarna supstanca, jer u ovom slučaju dolazi do dovoljno velikog skoka potencijala na međufaznoj površini, zbog površinske orijentacije molekula. Na primjer, na međufaznoj površini vodenih ili snježnih aerosola, postoji pozitivna električni potencijal oko 250 mV.

Iz prakse je poznato da aerosolne čestice metala i njihovih oksida najčešće nose negativan naboj (Zn, ZnO, MgO, Fe 2 0 3), a aerosolne čestice nemetala i njihovih oksida (SiO 2, P 2 O 5) su pozitivno naelektrisane. NaCl i čestice škroba su pozitivno nabijene, dok čestice brašna nose negativnih naboja.

AGREGATIVNA STABILNOST. KOAGULACIJA

Za razliku od drugih dispergovanih sistema, aerosoli nemaju interakciju između površine čestica i gasovitog medija, što znači da ne postoje sile koje sprečavaju prianjanje čestica jedne na druge i na makroskopska tela pri udaru. Dakle, aerosoli su agregatno nestabilni sistemi. Koagulacija se u njima odvija prema vrsti brze koagulacije, odnosno svaki sudar čestica dovodi do njihovog sljepljivanja.

Brzina koagulacije se brzo povećava sa povećanjem numeričke koncentracije aerosola.

Bez obzira na početnu koncentraciju aerosola, nakon nekoliko minuta ima 10 8 -10 6 čestica u 1 cm 3 (za poređenje - u liosolima ~ 10 15 čestica). Dakle, imamo posla sa visoko razvodnjenim sistemima.

METODE UNIŠTAVANJA AEROSOLA

Unatoč činjenici da su aerosoli agregatno nestabilni, problem njihovog uništavanja je vrlo akutan. Glavni problemi za čije rješavanje postaje potrebno uništiti aerosole:

Pročišćavanje atmosferskog zraka od industrijskih aerosola;

Hvatanje vrijednih proizvoda iz industrijskog dima;

Vještačko prskanje ili raspršivanje oblaka i magle.

Aerosoli se razgrađuju

rasipanje pod dejstvom vazdušnih struja ili usled istih naelektrisanja čestica;

· sedimentacija;

Difuzija na zidove krvnih sudova

· koagulacija;

· Isparavanje čestica dispergovane faze (u slučaju aerosola isparljivih materija).

Od objekata za tretman, najstariji je dimnjak. Nastoje ispustiti štetne aerosole u atmosferu što je više moguće, jer neki hemijska jedinjenja, ulazeći u površinski sloj atmosfere pod djelovanjem sunčeve svjetlosti i kao rezultat različitih reakcija, pretvaraju se u manje opasne tvari (u Norilskom rudarsko-metalurškom kombinatu, na primjer, trokanalna cijev ima visinu od 420 m).

Međutim, trenutna koncentracija industrijske proizvodnje zahtijeva da se emisije iz dimnih plinova podvrgnu prethodnom tretmanu. Razvijene su mnoge metode za uništavanje aerosola, ali svaka od njih se sastoji od dvije faze:

prvi je hvatanje dispergovanih čestica, njihovo odvajanje od gasa,

drugi je da se spriječi ponovni ulazak čestica u plinoviti medij, to je zbog problema prianjanja zarobljenih čestica, formiranja jakog taloga od njih.

AEROSOL CANS

Princip rada aerosolne limenke je da se lek stavljen u pakovanje pomeša sa tečnošću za evakuaciju, pritiskom zasićena para koja je u temperaturnom rasponu na kojem se paket radi iznad atmosferske.

Smjesa se izbacuje iz cilindra pod dejstvom pritiska zasićene pare iznad tečnosti.

Poznato je da je pritisak pare zasićenja bilo koje stabilne supstance određen samo temperaturom i ne zavisi od zapremine. Zbog toga će tijekom cijelog vremena rada cilindra pritisak u njemu ostati konstantan, pa će raspon čestica i ugao konusa prskanja ostati praktično konstantan.

U zavisnosti od prirode interakcije raspršene supstance sa tečnošću koja se evakuiše i njenog stanja agregacije, sistemi u aerosolnoj ambalaži će se sastojati od različitog broja faza. U slučaju međusobne rastvorljivosti komponenata nastaje homogena tečna otopina, u drugim slučajevima emulzija ili suspenzija i, konačno, heterogeni sistem, kada lijek i tečnost koja evakuira formiraju makroskopski heterogeni sistem. Očigledno, u prvom slučaju, aerosolni paket sadrži dvofazni sistem - tekućinu i zasićenu paru. Kada se emulzija ili suspenzija ispusti u atmosferu, drobi se samo disperzioni medij - nastale čestice će u najboljem slučaju imati dimenzije koje su imale u tečnoj fazi.

Kada se lijek i tekućina za evakuaciju ne miješaju ili miješaju jedno s drugim u ograničenoj mjeri, a jedna od tekućina se u drugoj rasprši u obliku malih kapljica, nastaju emulzije.

Priroda sistema koji se formira kada proizvod izađe iz pakovanja u atmosferu zavisi od toga koja je od tečnosti disperzovana faza. Ako je disperzna faza preparat, tada se formira aerosol. Ako je disperzirana faza tekućina za evakuaciju, onda se dobiva pjena. Veličina čestica dobivenih korištenjem aerosolnih limenki ovisi o fizičko-kemijskim svojstvima tvari koje čine pripravak, omjeru komponenti, karakteristikama dizajna limenke i temperaturnim uvjetima njenog rada.

Stepen disperzije se može podesiti: „promjenom veličine izlaza;

Promjenom pritiska zasićene pare tečnosti za evakuaciju;

Promjenom kvantitativnog omjera lijeka i sredstva za evakuaciju.

EVAKUISATI SUPSTANCE

Najvažnija pomoćna komponenta je tvar koja osigurava oslobađanje lijeka u atmosferu i njegovu naknadnu disperziju. Ove supstance se nazivaju pogonskim gorivom (latinski "pro-peilere" - voziti). Pogonsko gorivo mora obavljati dvije funkcije:

Stvoriti potreban pritisak za oslobađanje lijeka;

Raspršiti proizvod koji se oslobađa u atmosferu. Freoni i komprimovani gasovi se koriste kao pogonsko gorivo. Freoni su niskomolekularna organofluorova jedinjenja alifatske serije.

Usvojen je sljedeći sistem označavanja freona: zadnja cifra (broj jedinica) označava broj atoma fluora u molekuli, prethodna cifra (broj desetica) je broj atoma vodika povećan za jedan, a treća ( broj stotina) je broj ugljikovih atoma smanjen za jedan. Na primjer: F-22 je CHC1F 2 , F-114 je C 2 C1 2 F 4 .

Tvari koje se sastoje od molekula cikličke strukture također imaju numeričku oznaku, ali slovo "C" se stavlja ispred brojeva, na primjer: C318 - C 4 F 8 (oktafluorciklobutan).

Kao komprimovani gasovi koriste se N 2, N 2 O, CO 2 itd.

PREDNOSTI AEROSOL PAKOVA

1. Prijenos lijeka u fino dispergirano stanje nastaje zbog potencijalna energija tečno gorivo i ne zahtijeva upotrebu bilo kakvih stranih uređaja.

2. Za stvaranje aerosola nisu potrebne mlaznice.

3. U jedinici vremena, značajna količina supstance se može raspršiti da bi se dobile čestice male veličine – kada bi se koristile druge metode, bilo bi potrebno mnogo više energije.

4. Režim zamagljivanja je stabilan: veličina dobijenih čestica, njihov domet leta, ugao na vrhu konusa tokom čitavog perioda rada se malo menja.

5. Možete unaprijed odrediti dozu prskane tvari.

6. Možete podesiti veličinu čestica.

7. Stepen polidisperznosti aerosola je nizak.

8. Sve čestice imaju isto hemijski sastav.

9. Osigurana je sterilnost prskanih preparata.

10. Lijek u pakovanju ne dolazi u kontakt sa atmosferskim kiseonikom, što osigurava njegovu stabilnost.

11. Ventil za samozatvaranje eliminiše mogućnost gubitka usled prosipanja ili isparavanja neiskorišćenog dela proizvoda.

12. Ambalaža je uvijek spremna za upotrebu.

13. Pakovanje je kompaktno. Omogućava individualnu ili grupnu upotrebu.

Prva aerosolna pakovanja pojavila su se 80-ih godina. 20ti vijek u evropi. Tokom Drugog svjetskog rata, Sjedinjene Države su preuzele vodeću ulogu u njihovom razvoju. Godine 1941. stvoren je aerosol paket - insekticid upakovan u staklenu posudu. Freon-12 je služio kao pogonsko gorivo.

AT industrijske razmjere proizvodnja je počela nakon Drugog svjetskog rata u SAD-u, a kasnije i drugdje u svijetu.

PRAKTIČNA PRIMJENA AEROSOLA

Široka upotreba aerosola je zbog njihove visoke efikasnosti. Poznato je da povećanje površine supstance prati povećanje njene aktivnosti. Mala količina supstance raspršena u obliku aerosola zauzima veliki volumen i ima visoku reaktivnost. To je prednost aerosola u odnosu na druge disperzne sisteme.

Aerosoli se koriste:

AT raznim poljima tehnologija, uključujući vojnu i svemirsku;

AT poljoprivreda; «u zdravstvu;

U meteorologiji; u svakodnevnom životu itd.

Nedavno se u farmaceutskoj praksi široko koristi priprema doznih oblika u obliku aerosola. Upotreba ljekovitih tvari u obliku aerosola pogodna je u slučajevima kada je potrebno djelovati lijekom na velikim površinama (akutne respiratorne bolesti, opekotine itd.). Veliki učinak daju oblici doziranja koji u svom sastavu sadrže tekuće tvari koje stvaraju film. Kada se takav lijek rasprši na zahvaćeno područje, ono je prekriveno tankim, prozirnim filmom koji zamjenjuje zavoj.

Zaustavimo se detaljnije na upotrebi aerosolnog pakovanja.

Trenutno postoji više od 300 vrsta proizvoda u aerosol pakovanjima.

Prva grupa: kućna hemija.

Insekticidi su preparati za uništavanje insekata.

Sredstva protiv moljca.

Insekticidi za kućne ljubimce.

Sredstvo za zaštitu sobnog bilja i voća i jagodičastog voća od gljivičnih bolesti i štetočina.

Lakovi i boje.

Osvježivači zraka.

c Sredstva za poliranje i čišćenje.

druga grupa:

Parfemi i kozmetika. « Proizvodi za njegu kose (lakovi, šamponi, itd.).

Pene i gelovi za brijanje.

Kreme za ruke i stopala.

Ulje za i protiv opekotina od sunca.

Dezodoransi.

Parfemi, kolonjske vode, toaletna voda.

Treća grupa: medicinski aerosoli.

Četvrta grupa: tehnički aerosoli.

Ulja za podmazivanje.

Antikorozivni premazi.

Zaštitne folije. suha maziva.

Emulzije za hlađenje rezača na mašinama za bušenje.

Peta grupa: aerosoli za hranu.

FOOD AEROSOLS

Prvi kontejneri za hranu pojavili su se 1947. godine u SAD-u. Sadržavale su kreme za ukrašavanje torti i kolača i koristili su ih samo restorani koji su ih vraćali na dopunu. Masovna proizvodnja ove vrste aerosol ambalaže počela je tek 1958. godine.

Aerosolna ambalaža za hranu može se podijeliti u tri glavne grupe:

ambalaža koja zahtijeva skladištenje na niskim temperaturama;

pakovanje s naknadnom toplinskom obradom;

pakovanje bez dalje termičke obrade.

U aerosol pakovanju proizvode se tri vrste prehrambenih proizvoda: kreme, tečnosti, paste. U aerosol pakovanjima možete kupiti prelive za salatu, topljeni sir, sokove, cimet, majonez, sok od paradajza, šlag od 30% itd.

Rast proizvodnje aerosola za hranu objašnjava se sljedećim:

prednosti u odnosu na konvencionalne vrste ambalaže;

razvoj novih pogonskih goriva;

poboljšanje tehnologije punjenja.

Prednosti aerosol ambalaže za hranu:

Jednostavnost upotrebe;

ušteda vremena;

hrana se pakuje u stanju pripremljenom za konzumaciju i izdaje se iz pakovanja u homogenom obliku;

nema curenja proizvoda;

vlaga se ne gubi i ne prodire u ambalažu;

aroma se ne gubi;

proizvod se čuva sterilnim.

Na formulacije aerosola za hranu postavljaju se sljedeći zahtjevi:

1. Pogonska goriva moraju biti visoke čistoće, netoksična, bez ukusa i mirisa. Trenutno se koriste ugljični dioksid, dušikov oksid, dušik, argon i freon C318.

2. Komprimovani gasovi, koji imaju vrlo ograničenu rastvorljivost u vodenim rastvorima, ne mogu učestvovati u stvaranju pene koja je neophodna za šlag, ukrasne kreme, mousse i sl. Poželjno je sa ovim proizvodima koristiti freon C318, iako je je mnogo skuplji.

Tabela 18.4 Primjeri formulacija različitih aerosola za hranu

3. Upotreba freona daje još jednu prednost: tečni plinovi se uvode u formulacije proizvoda koji se oslobađaju u obliku pjene, u količini ne većoj od 10% težine, dok zauzimaju relativno mali volumen. To vam omogućava da u cilindar ubacite znatno više proizvoda - 90% kapaciteta cilindra (u pakovanjima sa komprimiranim plinom samo 50%) i garantuje potpuno oslobađanje proizvoda iz pakovanja.

4. Izbor pogonskog goriva diktira tip prehrambeni proizvod i predviđeni oblik njegovog izdavanja (krema, tečnost, pasta). Mješavine CO2 visoke čistoće i dušikovog oksida su se dobro pokazale. Za dobivanje pjene koriste se mješavine freona C318 s dušikovim oksidom. Krema za ukrašavanje kolača prepuna ovom smjesom stvara stabilnu pjenu koja dobro zadržava boju. Za sirupe, CO2 se smatra najprikladnijim pogonskim gorivom.

Kvalitet doziranja sadržaja iz cilindra ovisi o sljedećim faktorima:

Tehnologije pripreme proizvoda;

Stabilizator (mikrokristalna celuloza se široko koristi);

Pravilan izbor cilindra i ventila.

Za sok od cimeta i limuna razvijena je glava za raspršivanje koja se može kontrolirati, koja može dozirati proizvode po želji bilo u obliku kapi ili u obliku mlaza. Za umjetne zaslađivače koriste se ventili za doziranje, jedna doza koju izdaju odgovara jednom komadu rezanog šećera itd.

AEROSOL TRANSPORT

Pneumatski transport ima široku primenu u industriji mlevenja brašna, žitarica, stočne hrane, što stvara uslove za uvođenje automatizacije, povećanje produktivnosti rada i smanjenje troškova. Međutim, upotreba pneumatskog transporta povezana je s velikim utroškom električne energije za kretanje velike količine zraka (1 kg zraka pomiče 5-6 kg rasutih materijala).

Progresivniji je transport aerosola, u kojem se visoka koncentracija materijala u struji zraka postiže aeracijom brašna na početku transporta i visokim tlakom zraka. Prozračivanjem se razbija prianjanje između čestica brašna i ono dobija svojstvo tečnosti, kao tečnost, kao rezultat toga, 1 kg vazduha kreće do 200 kg brašna.

Postrojenje za transport aerosola sastoji se od hranilice, kompresora, cjevovoda za materijal i istovarivača. Glavni element je hranilica, u kojoj se zrak miješa s materijalom i mješavini se daje početna brzina, čime se osigurava dovod materijala u cjevovod materijala.

Uvođenje aerosolnog transporta omogućava povećanje produktivnosti mlinova i smanjenje specifične potrošnje energije.

Aerosolni transport je budućnost ne samo u mljevenju brašna, već iu drugim industrijama povezanim s korištenjem rasutih materijala i praha.

Aerosoli su mikroheterogeni sistemi u kojima su čvrste čestice ili tečne kapljice suspendovane u gasu (S/G ili L/G),

By stanje agregacije aerosoli raspršene faze se dijele na: maglu (W/G); dim, prašina (T/G); smog [(W+T)/G)].

Prema disperziji aerosoli su: magla, dim, prašina.

Kao i drugi mikroheterogeni sistemi, aerosoli se mogu dobiti iz pravih rastvora (kondenzacione metode) ili iz grubih sistema (metode disperzije).

Kapljice vode u magli su uvijek sferne, dok čestice dima mogu imati različit oblik zavisno od njihovog porekla.

Zbog vrlo male veličine čestica dispergirane faze, imaju razvijenu površinu na kojoj se mogu aktivno odvijati adsorpcija, sagorijevanje i druge kemijske reakcije.

Molekularno-kinetička svojstva aerosola su posljedica:

niska koncentracija čestica dispergirane faze; niska viskoznost disperzijskog medija; niska gustina disperzione sredine.

Ovisno o veličini čestica dispergirane faze, mogu se ili brzo taložiti (na r » 1 µm) ili se zalijepiti za zidove posude ili se zalijepiti zajedno (na r » 0,01 µm). Najveću stabilnost imaju čestice srednjih veličina.

Aerosole karakteriziraju fenomeni termoforeze, termoprecipitacije, fotoforeze.

Optička svojstva aerosola su slična liosolima, međutim, raspršivanje svjetlosti njima je mnogo izraženije zbog velikih razlika u indeksima loma dispergirane faze i disperzijskog medija.

Specifičnost električnih svojstava aerosola je da se DES ne pojavljuje na česticama, naboj čestica je nasumičan i male veličine. Kada se čestice približavaju jedna drugoj, ne dolazi do elektrostatičkog odbijanja i dolazi do brze koagulacije.

Uništavanje aerosola je važno pitanje a provodi se taloženjem, koagulacijom, sakupljanjem prašine i drugim metodama.

Praškovi su visokokoncentrovani disperzni sistemi u kojima su disperzovana faza čvrste čestice, a disperzioni medij vazduh ili neki drugi gas. Simbol: T/G.

U prahu su čestice dispergirane faze u kontaktu jedna s drugom. Tradicionalno, većina rasutih materijala se naziva prahom, međutim, u užem smislu, termin "praškovi" se koristi za visoko dispergirane sisteme čija je veličina čestica manja od određene kritične vrijednosti pri kojoj sile međučestične interakcije postaju srazmjerne masa čestica. Najčešći su praškovi veličine čestica od 1 do 100 mikrona. Specifična međufazna površina takvih prahova varira od nekoliko minuta 11. septembra 2011. (čađ) do frakcija m2/g (sitni pijesak).

Puderi se razlikuju od aerosola sa čvrstom disperznom fazom (također T/G) po mnogo većoj koncentraciji čvrstih čestica. Prašak se dobija iz aerosola sa čvrstom disperznom fazom tokom sedimentacije. Suspenzija (S/L) se takođe pretvara u prah kada se osuši. S druge strane, i aerosol i suspenzija se mogu napraviti od praha.

KLASIFIKACIJA PRAHA

1. Prema obliku čestica:

Ekviaksijalni (imaju približno iste dimenzije duž tri ose);

Vlaknaste (dužina čestica je mnogo veća od širine i debljine);

Ravno (dužina i širina su mnogo veće od debljine).

2. Interčestičnom interakcijom:

Povezano dispergovani (čestice su međusobno povezane, tj. sistem ima određenu strukturu);

Slobodno raspršen (otpor na smicanje nastaje samo zbog trenja između čestica).

3. Klasifikacija prema veličini čestica dispergirane faze:

Pijesak (2≤10 -5 ≤ d ≤ 2∙10 -3) m;

Prašina (2∙10 -6 ≤ d ≤ 2∙10 -5) m;

Puder (d< 2∙10 -6) м.

METODE PROIZVODNJE PRAHA

Puderi, kao i svaki drugi disperzovanog sistema, može se dobiti pomoću dvije grupe metoda:

Na dijelu grubo-disperznih sistema - metodama disperzije;

Sa strane pravih rješenja - kondenzacijskim metodama.

Izbor metode ovisi o prirodi materijala, namjeni praha i ekonomskim faktorima.

METODE DISPERZIJE

Sirovine se usitnjavaju na valjkastim, kugličnim, vibracionim ili koloidnim mlinovima, nakon čega slijedi razdvajanje na frakcije, jer se kao rezultat mljevenja dobivaju polidisperzni prahovi (na primjer, brašno istog razreda može sadržavati čestice od 5 do 60 mikrona).

Efikasna disperzija se može postići mlevenjem visoko koncentrisanih suspenzija.

Da bi se olakšala disperzija, koriste se reduktori tvrdoće, koji su surfaktanti. U skladu sa pravilom izjednačavanja polariteta, adsorbujući se na površini usitnjene čvrste supstance, oni se smanjuju površinski napon, smanjenje potrošnje energije tokom disperzije i povećanje finoće usitnjene faze.

U nekim slučajevima se vrši prethodna obrada materijala prije disperzije. Dakle, titan ili tantal se zagrijava u atmosferi vodika, pretvarajući se u hidride, koji se drobe i zagrijavaju u vakuumu - dobivaju se čisti metalni prahovi.

Prilikom dobivanja praha u pahuljicama, koji su dio boja i pirotehničkih sastava, za mljevenje se koriste kuglični mlinovi. Kuglice spljoštite i kotrljajte čestice usitnjenog materijala.

Prahovi sa česticama sfernog oblika od vatrostalnih metala (volfram, molibden, niobij) dobijaju se u niskotemperaturnoj plazmi lučnog i visokofrekventnog pražnjenja. Prolazeći kroz zonu plazme, čestice se tope i poprimaju sferni oblik, a zatim se hlade i skrućuju.

Tokom disperzije, hemijski sastav materijala se ne menja.

KONDENZACIONE METODE

Ove metode se mogu podijeliti u dvije grupe.

Prva grupa metoda je povezana sa taloženjem čestica usled koagulacije liofobnih solova. Kao rezultat isparavanja otopine ili djelomične zamjene rastvarača (smanjenje rastvorljivosti), formira se suspenzija, a nakon filtriranja i sušenja dobijaju se prahovi.

Druga grupa metoda je povezana sa hemijskim reakcijama (hemijska kondenzacija). Metode hemijske kondenzacije mogu se klasifikovati na osnovu tipa reakcije:

1. Reakcije razmjene između elektrolita. Na primjer, istaložena kreda (zubi u prahu) se dobiva kao rezultat reakcije:

Na 2 CO 3 + CaC1 2 \u003d CaCO 3 + 2 NaCl.

2. Oksidacija metala.

Na primjer, visoko dispergirani cink oksid, koji je glavna komponenta cink oksida, dobiva se oksidacijom cinkove pare zrakom na 300°C.

3. Oksidacija ugljovodonika.

Različite vrstečađ, koja se koristi u proizvodnji gume, plastike, štamparske boje, dobija se sagorevanjem gasovitih ili tečnih ugljovodonika uz nedostatak kiseonika.

4. Rekuperacija metalnih oksida.

Redukcija prirodnim gasom, vodonikom ili čvrstim redukcionim agensima koristi se za proizvodnju visoko dispergovanih metalnih prahova.

I još mnogo toga, bez čega je sam život nezamisliv. Sve ljudsko tijelo je svijet čestica koje su u stalnom kretanju striktno prema određenim pravilima koja se pokoravaju ljudskoj fiziologiji. Koloidni sistemi organizama imaju niz bioloških svojstava koja karakterišu određeno koloidno stanje: 2.2 Koloidni sistem ćelija. Sa stanovišta koloidno-hemijske fiziologije...

Pustite u odvojene termostatirane posude pod istim pritiskom str postoje gasovi ALI i AT uzimaju u količinama imola. Kada se ove posude povežu, dolazi do spontanog mešanja gasova sve dok se ne uspostavi homogeni sastav gasne mešavine u celoj zapremini sistema. Pretpostavit ćemo da se početni plinovi i njihove smjese povinuju jednadžbi stanja idealnih plinova. Zatim, uz održavanje konstantnog ukupnog pritiska gasa str parcijalni pritisci gasova u nastaloj mešavini biće jednaki

Kada se mešaju idealni gasovi, nema toplotnih efekata, pa nema razmene toplote između gasova i termostata, a promena entropije sistema biće u potpunosti određena ireverzibilnošću procesa unutar sistema.

Da bi se pronašla željena promjena entropije, potrebno je suprotstaviti opisani spontani proces tranzicijom mentalne ravnoteže između istih početnog i konačnog stanja sistema.

Za ravnotežno miješanje plinova koristimo poseban hipotetički uređaj, po analogiji s termostatom koji se naziva kemostat . Ovaj uređaj se sastoji od termostatski kontroliranog cilindra opremljenog klipom koji se kreće bez trenja; u bazi cilindra je selektivno propusna samo za datu jedinku hemijski membrana; potonji odvaja pojedinačnu supstancu ubačenu u hemostat od proučavane mješavine supstanci koja se nalazi u drugoj posudi. Za razliku od termostata dizajniranog da održava određenu temperaturu tijela uronjenog u njega, ili da ga zagrijava ili hladi u ravnotežnom načinu rada, hemostat održava određenu vrijednost hemijski potencijal date pojedinačne supstance u ispitivanoj mešavini supstanci, kao i ravnotežno snabdevanje i uklanjanje supstanci iz smeše. Hemijski potencijal i -gohemijska komponenta u hemostatu je jedinstveno određena temperaturom T i pritisak na klip. Promjenom pritiska na klip, moguće je promijeniti smjer tranzicije date komponente kroz selektivnu membranu: ako je hemijski potencijal komponente u ispitivanoj smjesi, tada će se pri , supstanca isporučiti u smjesa, na , biće uklonjena iz smjese, a na , održava se kemijska ravnoteža između hemostata i smjese. Kvaziravnotežna promjena u sastavu smjese odgovara difuzijskom prijenosu tvari kroz membranu pod djelovanjem vrlo male razlike u vrijednostima kemijskog potencijala na obje strane membrane.

Hemijski potencijal idealnog gasa, bez obzira da li je ovaj gas u pojedinačnom stanju ili u mešavini sa drugim idealnim gasovima, izražava se jednostavnom relacijom, gde je str i je ili pritisak čistog gasa ili njegov parcijalni pritisak u smeši. Prema tome, kada se idealan gas prenosi kroz polupropusnu membranu, ravnoteža između smeše i hemostata karakteriše jednakost pritiska u hemostatu i parcijalnog pritiska gasa u smeši.

Rice. 2.3. Ravnotežno miješanje dva plina pomoću kemostata: a je početno stanje sistema; b– stanje sistema nakon izotermnog širenja gasova; in– konačno stanje nakon miješanja plinova kroz membrane; 1 – hemostati za pojedinačne gasove A i B ; 2 – polupropusne membrane; 3 - posuda za ravnotežno miješanje plinova.

Ravnotežno miješanje idealnih plinova A i B odvijaće se u termostatski kontrolisanom sistemu koji se sastoji od dva hemostata pojedinačnih komponenti A i B, spojen na treću posudu - kolektor nastale mješavine, opremljen, poput kemostatika, pokretnim klipom (slika 2.3).

Neka u početnom trenutku hemostati sadrže, respektivno, molove komponente A i molovi komponente B pod istim pritiskom str ; klip u kolektoru mešavine je u nultom položaju (volumen gasa ispod klipa je nula). Proces miješanja se odvija u dvije faze. U prvoj fazi izvodimo reverzibilno izotermno širenje plinova A i B; dok je pritisak A smanjujemo od str do podešenog pritiska i pritiska B odnosno od str prije . Zapremine koje zauzimaju plinovi u prvom i drugom kemostatima mijenjat će se od do i od do respektivno. Rad koji vrši ekspandirajući gas u prvom hemostatu je ; u drugom . Dakle, u prvoj fazi se kompletan rad obavlja u našem hipotetičkom uređaju. Pošto se prilikom izotermnog širenja idealnog gasa njegova unutrašnja energija ne menja, navedeni rad se obavlja zahvaljujući ekvivalentnom snabdevanju toplotom iz termostata. Dakle, reverzibilna promjena entropije u sistemu će biti jednaka

U drugoj fazi procesa (stvarno miješanje) sinkroniziranim kretanjem tri klipa propuštamo plinove iz kemostata kroz selektivne membrane u kolektor smjese. U isto vrijeme, svaki od klipova je podržan konstantan pritisak, odnosno u hemostatima i u kolektoru, čime se obezbeđuje ravnotežni prolaz gasova kroz membrane (tačnije, u kolektoru se stvara pritisak nešto manji od str , zadržavajući različitu od nule pokretačka snaga difuzija kroz membrane). Reverzibilnost procesa miješanja u ovom slučaju je osigurana mogućnošću sinhrone promjene smjera kretanja sva tri klipa, što bi dovelo do obrnutog razdvajanja smjese na pojedinačne komponente. Nakon završetka operacije, smjesa će očito zauzeti volumen u kolektoru.

Kako kod idealnih gasova mešanje ne prati nikakav toplotni efekat, nema razmene toplote između našeg uređaja i termostata u drugoj fazi rada, . Posljedično, nema promjene u entropiji sistema u ovoj fazi, .

Korisno je direktnim proračunom provjeriti da je rad plinova u drugom stupnju jednak nuli. Zaista, rad se troši na kretanje klipova u kemostatima, dok se u isto vrijeme gasovi proizvode u kolektoru. Odavde.

Dakle, ukupno povećanje entropije pri miješanju plinova određeno je izrazom (2.9), . Ako je, pod ravnotežnom varijantom miješanja, ovo povećanje povezano s obrnutim dovodom topline i proizvodnjom ekvivalentne količine rada , zatim kod direktnog (ireverzibilnog) mešanja gasova dolazi do istog povećanja entropije usled njenog stvaranja unutar sistema; sistem ne radi nikakav posao.

Nakon zamjene (2.8), izraz (2.9) se može prepisati kao

. (2.10)

Ovom odnosu je dato obavezno mjesto u kursevima termodinamike zbog prividnog paradoksa. Važno je napomenuti da za promjenu entropije (prilikom miješanja idealnih gasova!) nije važno šta je sa čime pomešano, kao i na kom pritisku i temperaturi. U suštini, ovo je neformalni izvod (2.10).

Dopunimo izvod (2.10) njegovim korisnim posledicama. Uvođenje molskih frakcija komponenti i , dobijamo izraz za promjenu entropije po 1 molu rezultirajuće smjese:

. (2.11)

Maksimum ove funkcije pada na ekvimolarnu smjesu plinova, 0,5.

Sa stanovišta teorije razdvajanja mješavina tvari, zanimljivo je pratiti promjenu proizvodnje entropije kada se doda dovoljno veliki broj molova komponente. B na jedan mol komponente A. Uz pretpostavku u (2.10) i , dobivamo

Prilikom izvođenja (2.12) koristili smo matematički prikaz logaritamske funkcije

.

Formula (2.12) pokazuje da je uzastopno razrjeđivanje smjese praćeno beskonačnim povećanjem entropije po molu nečistoće.

Formula (2.10) daje integralnu vrijednost prirasta entropije pri miješanju konačnih količina gasa. Da bismo došli do kompaktnog diferencijalnog izraza sličnog formuli (2.7) za prijenos topline, modificiramo model miješanja komponenti (vidi sliku 2.4). Pretpostavit ćemo da se miješanje događa kroz membranu koja je propusna za obje komponente, ili kroz dovoljno uski ventil koji razdvaja posude ispunjene mješavinama. A i B drugačiji sastav. Sistem je termostatski kontrolisan, a konstantan pritisak se održava u obe posude pomoću klipova. str . Uz ograničenu brzinu miješanja, sastav smjese u svakoj posudi može se smatrati ujednačenim po cijeloj zapremini posude. Na ovaj način, ovaj sistem slično sistemu za izmjenu topline sa slabo provodljivom pregradom.

Poglavlje 9. Opšte informacije o miješanju plinova.

Ciljevi i zadaci poglavlja:

Saznajte više o pravilima Sigurnost od požara pri radu sa kiseonikom

Naučite o pravilima rukovanja i rada s kisikom

Saznajte više o primjeni "pravila 40%"

Saznajte više o različitim sistemima miješanja plina.

Novi pojmovi u ovom poglavlju.

Zapaljivi (zapaljivi) trougao

Lubrikant kompatibilan sa kiseonikom

Adijabatsko grijanje (Diesel proces)

čišćenje kiseonikom

40% pravilo

Parcijalno miješanje tlaka

Konstantno miješanje protoka

Upijanje uz periodično čišćenje upijača

odvajanje membrane.

Kao ronilac koji koristi obogaćene mješavine u svojim ronjenjima, trebali biste biti u mogućnosti nabaviti te mješavine. Ne morate znati kako sami pripremiti nitrox, međutim, trebali biste razumjeti kako se pripremaju i biti svjesni zahtjeva za čišćenje vaše opreme kada koristite nitrox. Neke od najčešće korištenih metoda obogaćivanja prikazane su u ovom poglavlju i razmatrane su njihove prednosti i nedostaci. Smjesa koju udišete mora imati ispravan sadržaj kisika.

1. Rukovanje i rad sa kiseonikom.

Kiseonik je neverovatan gas. On može biti i prijatelj i neprijatelj. Prilikom miješanja plinova za ronjenje, operater mora dobiti odgovarajući sadržaj kisika u mješavini pod visokim pritiskom. To se može postići miješanjem čistog kisika s dušikom ili zrakom, ili uklanjanjem dijela dušika iz zraka. glavni problem pri miješanju kisika pod visokim pritiskom - opasnost od požara. Sve što nije u potpunosti oksidirano – što znači bukvalno bilo šta – izgorit će u kisiku pod visokim pritiskom kada je prisutan izvor paljenja. Postoji određeni rizik pri rukovanju mješavinama, ali postoji mnogo veći rizik pri rukovanju čistim komprimiranim kisikom. Ronilac koji koristi obogaćene mješavine ne mora biti u stanju da rukuje čistim kisikom, ali bi trebao imati određeno razumijevanje povezanih faktora rizika jer se kisik koristi kako aktivnosti ronioca postaju složenije i proširene.

2. Zapaljiv (opasan od požara) trougao.

Da bi se spriječio požar, potrebno je znati koji sastojci izazivaju i održavaju požar. Ove komponente su prikazane na slici.

u obliku takozvanog "zapaljivog ili požarno opasnog trougla". Vatra je brza hemijska reakcija između goriva i kiseonika (oksidatora) koja se može javiti samo u prisustvu izvora paljenja (topline). Oksidacija se može odvijati bez paljenja, kao, na primjer, u procesu hrđe. Požar nastaje kada postoji izvor paljenja (toplota). Nakon paljenja tokom hemijska reakcija sagorevanjem, oslobađa se energija (toplina) koja podržava dalje sagorevanje. Ako uklonimo jedan od sastojaka (gorivo, kisik, izvor paljenja), požar ne može nastati. Ako, dakle, sve tri komponente nisu prisutne u isto vrijeme, paljenje će biti spriječeno. Ako plamen već postoji, uklanjanje jedne od komponenti će uzrokovati da se plamen ugasi. Ovo su osnove teorije gašenja požara. Još jedna važna stvar je da se vatra mora širiti da bi održala svoje postojanje. Ponekad se čak dodaje želja za širenjem vatre kao još jedna komponenta gornjeg "trougla".

3. Kiseonik.

U situacijama o kojima se govori u nastavku, kisik je prisutan u koncentracijama većim od njegove koncentracije u zraku. To znači da je oksidant u "zapaljivom trokutu" uvijek prisutan i ne može se ukloniti iz ove "formule vatre". Svima je poznato da atmosferski kiseonik, pod odgovarajućim okolnostima, može aktivno učestvovati u reakciji sagorevanja, pa ne treba da čudi da njegova veća koncentracija može samo povećati rizik. Nadalje, treba imati na umu da povećan sadržaj kisika u zraku znači smanjeni sadržaj inertnog plina. Iz ovog i nekih drugih razloga, intenzitet sagorevanja ne zavisi linearno od procenta kiseonika. Zavisi i od procenta (udjela) kisika u smjesi i od njenog parcijalnog tlaka, a značajno raste s povećanjem ovih parametara.

4. Gorivo.

U ovom paragrafu ćemo govoriti o gorivu dostupnom u gasnom sistemu koji obezbeđuje upotrebu gasa za disanje. Pri visokim pritiscima kiseonika, u slučaju požara, sam sistem može postati gorivo za hemijsku reakciju, ali je potrebno nešto lakše zapaljivo da bi došlo do požara. To može biti neki poseban dio sistema, rastvarač, mazivo, meke komponente sistema (guma, plastika).

Neke vrste goriva dostupna u gasnim sistemima mogu biti praktično nezapaljive u normalnim uslovima i veoma zapaljive u okruženjima obogaćenim kiseonikom. Ove vrste goriva uključuju silikonsku mast, silikonsku gumu, neopren, maziva za kompresore, plastične i metalne strugotine i neravnine, organske materije i materijale, prašinu različite prirode, čak i masnoću na obruču. Možda su najopasnija goriva maziva. Postoji uobičajena zabluda da je silikon (možda zbog egzotičnog imena) siguran kada se koristi s kisikom. Zapravo nije. Postoje posebna maziva kompatibilna s kisikom kao što su Christo-lube, Krytox, Halocarbon. Upravo ova sredstva za podmazivanje treba da se koriste u okruženju obogaćenom kiseonikom.

5. Paljenje.

Neki izvori paljenja su očigledni, međutim, većina ih je izvan gasnog sistema i ovde se ne razmatraju. Dva glavna izvora paljenja unutar sistema su trenje i kompresija gasa dok prolazi kroz sistem. Termin "trenje" se ovdje koristi u općem smislu: u smislu prisustva bilo koje čestice u struji plina ili u smislu kretanja same struje plina i njegovog sudara s uglovima plinovoda ili drugim preprekama . Drugi fenomen - isti koji uzrokuje zagrijavanje cilindra - također može uzrokovati požar (ako se oslobodi dovoljna količina topline). To je isti efekat koji pali gorivo u dizel motoru bez svjećice. Ovaj efekat se naziva "adijabatsko zagrijavanje (Diesel proces)".

Naglo otvaranje i zatvaranje ventila cilindra tokom kompresije gasa može izazvati porast temperature do tačke paljenja, a ako u struji gasa ima zagađivača, samo paljenje. Stoga kompresori ne koriste ventile za brzu promjenu („kuglasti ventili“).

6. Upotreba sistema kiseonika.

Važna stvar u ovom poglavlju je da se rizik pri rukovanju kiseonikom može minimizirati pridržavanjem određenih pravila u dizajnu sistema i rukovanju. Posebno je važno izbjegavati oštri uglovi i ventile za brzo prebacivanje, te koristiti odgovarajuće materijale. Metali koji se koriste za izradu vazdušnih sistema su takođe pogodni za izradu sistema kiseonika. Što se tiče "mekih dijelova", kao što su brtve, fleksibilni spojevi, dijafragme, moraju se zamijeniti onima kompatibilnim s kisikom. U nekim slučajevima, glavni kriterij je manja zapaljivost u kisiku, ali u većini slučajeva povećana otpornost na kisik pod visokim pritiskom. Dostupni su specijalni kompleti za pretvaranje vazdušne opreme u opremu za upotrebu nitroksa.

Posebno je potrebno izvršiti ispravno čišćenje opreme i održavati opremu čistom, koristiti odgovarajuća maziva, rukovati plinovima kako ne bi došlo do zapaljenja, polako i glatko otvarati ventile.

7. Oprema za čišćenje za upotrebu sa kiseonikom. Neka razmatranja u vezi sa čišćenjem opreme.

Koncept "čišćenja kiseonikom" izaziva konfuziju u redovima rekreativnih ronilaca. Razlog je taj što nije sasvim jasno da li je potrebno čišćenje opreme za upotrebu s mješavinama koje sadrže 21% do 40% kisika. Ovaj problem ide dublje: ne postoje razvijene i standardizovane industrijske procedure za rukovanje smešama koje sadrže neku međukoličinu kiseonika u rasponu od 21% (vazduh) do 100% (čisti kiseonik). Standardi postoje samo za rukovanje čistim kiseonikom; tako, svaka mješavina koja sadrži više od 21% kisika je, u smislu postojećih standarda, ekvivalentna čistom kisiku. Stoga, da bi se sve operacije izvele u skladu sa industrijskim standardima, potrebno je svaku obogaćenu smjesu tretirati kao čisti kisik.

Udruženje za komprimirani plin (CGA), Nacionalno udruženje za zaštitu od požara (NFPA), NASA i brojne druge organizacije preporučuju da se plinovi između koncentracija tretiraju kao čisti kisik. To ne znači da su radili bilo kakve studije u ovom rasponu koncentracija. Ovo samo pokazuje da ne postoje industrijski razvijene i prihvaćene norme, te da ove organizacije radije zauzimaju konzervativan stav. S druge strane, američka mornarica je razvila procedure koje navode da se mješavine do 40% kisika mogu tretirati kao zrak za potrebe rukovanja. Nisu objavljeni rezultati testova koji bi ukazivali da je ovaj zaključak tačan, međutim, ovaj pristup se prakticira već dugi niz godina i nije bilo izvještaja o incidentima vezanim za ovu problematiku. NOAA je usvojila ovu granicu koncentracije kada radi sa obogaćenim smešama; NAUI, općenito, također, međutim, uz neka ograničenja.

Čisti komprimovani vazduh.

Još jedna zabuna nastaje u vezi sa konceptom "čistog zraka". Različiti "stepeni" čistoće gasa za disanje koje koriste razna udruženja i organizacije (CGA, američka mornarica) zbunjuju kada je u pitanju obogaćena čistoća gasa. Standardi dozvoljavaju nešto uljne pare (ugljovodonika) u komprimovanom vazduhu (obično 5 mg/m3). Ova količina je bezbedna sa tačke gledišta disanja, ali može biti opasna sa tačke gledišta požara kada se radi sa komprimovanim kiseonikom.

Dakle, ne postoje opšte prihvaćene i dogovorene gradacije čistoće vazduha koje određuju njegovu pogodnost za mešanje sa čistim kiseonikom. Zakonodavci industrijskih standarda su se složili da je nivo ugljovodonika reda veličine 0,1 mg/cu. m može se smatrati prihvatljivim za vazduh, koji se „mora dalje mešati sa kiseonikom“. U posljednjih nekoliko godina, sistemi filtera (na slici) postali su dostupni za proizvodnju komprimovanog zraka koji ispunjava ove zahtjeve. Kompresori koji sprečavaju da vazduh dođe u kontakt sa mazivom rade, naravno, bolji posao, ali su znatno skuplji.Formalizovan pristup čišćenju kiseonikom.

Izraz "čišćenje kisikom" zvuči zastrašujuće i iz razloga što njegova industrijska implementacija zahtijeva poštivanje prilično strogih procedura. Ove periodično sprovedene procedure objavljuju CGA i druge organizacije. Dizajnirani su za održavanje sigurnosti pri radu sa komprimiranim kisikom.

NAUI navodi da svaka oprema namijenjena upotrebi s čistim kisikom ili mješavinama koje sadrže više od 40% kisika pri pritiscima većim od 200 psi (približno 13 atm) mora biti kompatibilna s kisikom i pročišćena za korištenje s kisikom. Cilindar, prvi stepen regulatora i sva crijeva moraju se očistiti. Neki elementi opreme mogu se konvertirati za rad s ovim mješavinama korištenjem komponenti iz posebnih kompleta.

8. Neformalizovan pristup čišćenju kiseonikom: "pravilo 40%"

Unatoč nedostatku formalnog testiranja, takozvano "pravilo 40%" se prilično uspješno primjenjuje u ronilačkoj industriji, a njegova primjena nije otkrila nikakve probleme. Dogodili su se brojni požari u ronilačkim miješalicama, ali su uzrokovani većim koncentracijama kisika.

NAUI prihvata ovo pravilo, ali zahteva da oprema bude pročišćena kiseonikom i da koristi maziva kompatibilna sa kiseonikom. Ovaj pristup je manje strog od formalnog, međutim, kada se radi ispravno, vrlo je efikasan. Čišćenje moraju obavljati kvalifikovani tehničari.

Oprema se mora očistiti od sve vidljive prljavštine i masnoće, zatim četkom ili ultrazvučno očistiti jakim deterdžentom u vruća voda. Dobra tečna sredstva za čišćenje za kućnu upotrebu kao što je Joy. Čistoća ne bi trebala biti lošija od one koja se očekuje od tanjura i srebrnog pribora za jelo. Nakon sušenja, meke komponente se moraju zamijeniti onima kompatibilnim s kisikom, nakon čega se oprema podmazuje mazivom kompatibilnim s kisikom.

Nakon čišćenja, oprema se smije koristiti samo za bogate mješavine i ne smije se koristiti sa komprimiranim zrakom, inače će se morati ponovo očistiti.

9. Priprema obogaćenih smeša.

Tradicionalna shema za izgradnju sistema za miješanje plina temelji se na dodavanju kisika u zrak na ovaj ili onaj način. Nedavno razvijene i dostupne su dvije nove metode koje obogaćuju zrak na drugačiji način - uklanjanjem dušika. U ovom paragrafu će se razmatrati 3 metode sa dodatkom kiseonika: mešanje po težini, mešanje parcijalnih pritisaka, mešanje sa konstantnim protokom; i 2 metode uklanjanja dušika: apsorpcija uz periodično čišćenje upijača, odvajanje membrane (Ballantyne i Delp, 1996).

Tip sistema za miješanje plina koji se koristi je važan za krajnjeg korisnika jer određuje postupke punjenja boca i raspon mogućih koncentracija kisika u nastaloj smjesi.

Mešanje gasova po težini.

Najjednostavniji i najpouzdaniji način dobivanja smjesa točnog sastava je kupovina gotovih smjesa. Industrijski proizvođači plina obično miješaju čisti kisik i čisti dušik umjesto čistog kisika i zraka.

Gasovi se miješaju po težini. To omogućava zanemarivanje mnogih anomalija u ponašanju plinova uzrokovanih njihovom razlikom od idealnih i daje vrlo precizan plinski sastav mješavina. Miješanje se može vršiti u bocama, limenkama boca ili rezervoarima. Neophodno je imati precizne vage, koje su veoma skupe, jer moraju biti u stanju da mere male promene velikom težinom. Ova metoda miješanja plinova je najpreciznija, a dobivene smjese se pažljivo analiziraju na usklađenost sa stvarnim sastavom deklariranog. Prilikom formulisanja takvih mješavina, industrijska kompanija je prisiljena koristiti čisti kisik, ali prodavač mješavine to može izbjeći. Ova metoda je prilično skupa, a njen trošak je povećan činjenicom da posude za skladištenje mješavina pripadaju dobavljaču mješavina, pa ih stoga iznajmljuje prodavač mješavina.

Mešanje parcijalnih pritisaka.

Kao što naziv metode kaže, zasniva se na omjeru parcijalnih pritisaka. Tehničar puni cilindar unapred određenom količinom kiseonika (koja se meri pritiskom), a zatim ga ponovo puni ultračistim vazduhom do željenog konačnog pritiska. Kiseonik se prvo pumpa kada je cilindar još prazan, što smanjuje opasnost od požara postupka, jer nema potrebe za manipulisanjem kiseonikom pri punom pritisku napunjenog cilindra. Pošto se koristi čisti kiseonik, ceo sistem, uključujući i cilindar koji se puni, mora biti kompatibilan sa kiseonikom i očišćen. Pošto pritisak zavisi od temperature i balon se zagreva tokom punjenja, morate ili pustiti balon da se ohladi ili uzeti u obzir efekat temperature prilikom merenja pritiska. Budući da se završno podešavanje sastava često provodi nakon završnog hlađenja cilindra, cijeli proces pripreme smjese traje prilično dugo. Ovaj proces se također može koristiti za punjenje kontejnera mješavinom poznatog sastava do mješavine istog ili drugačijeg definiranog sastava.

Kompresor za miješanje ovom metodom nije potreban ako se zrak dovodi pod pritiskom dovoljnim za punjenje rezervoara za ronjenje bez dodatne kompresije. Kako bi se maksimalno iskoristila banka cilindara za punjenje, koristi se tzv. „kaskadna tehnologija“ koja se sastoji u tome da se prvo koristi cilindar za punjenje sa najnižim pritiskom, a nakon toga cilindar sa veliki pritisak i tako dalje. Ponekad se sama metoda naziva "metoda kaskadnog miješanja".

U ovoj metodi se često koriste i kompresori. Ne smiju koristiti uljno podmazivanje ili moraju osigurati zrak ultra visoke čistoće pogodan za miješanje s kisikom. Drugi način upumpavanja zraka u cilindar je korištenje pneumatske pumpe koja komprimira zrak u setu cilindara različitih promjera, čiji su klipovi spojeni na jednu bregastu osovinu. Vatra najpopularnijih modela - Haskel.

Parcijalno miješanje pod pritiskom je vrlo popularno među ronilačkim centrima, koji pripremaju različite mješavine u malim količinama za različite rekreativne i tehničke svrhe ronjenja, uključujući mješavine sa sadržajem kisika većim od 40%. U ovom slučaju, značajan dio troškova sistema je visokoprecizni manometar. U ovom slučaju, upotreba pneumatske pumpe je vrlo efikasna. Ova metoda se koristi na udaljenim ronilačkim mjestima. Budući da se kisik dodaje pri niskom tlaku, neki tehničari ne čiste boce s kisikom. Ovu praksu treba izbjegavati: cilindar uvijek treba čistiti za korištenje kisikom.

10.Mješanje sa stalnim protokom.

Ovu metodu (koja se naziva i metoda punjenja ambijentalnog vazduha) je pionir NOAA (1979., 1991.) i ona je metoda koja je najviše prilagođena korisniku (slika 9-7). U ovoj metodi, kiseonik pod niskim pritiskom se dodaje u ulaznu struju vazduha koja ulazi u kompresor uz visok stepen uklanjanja uljne pare. Izlazni tok se kontinuirano analizira na sastav, a rezultat ove analize se koristi za prilagođavanje dodatka kisika ulaznoj struji. Izlazna struja može zaobići niz cilindara za punjenje dok podešava smjesu. Nakon što se smjesa upumpava u cilindre za punjenje, može se prenijeti u cilindre za ronjenje bajpasom ili pomoću zračne pumpe. U postrojenju sa stalnim protokom, apsorpcioni podsistem sa periodičnim čišćenjem PSA apsorbenta se takođe može koristiti kao izvor kiseonika.

Postoji još jedna klasa instalacija sa konstantnim protokom koje dovode zrak do komercijalnog ronioca kroz crijevo za dovod zraka. Takve instalacije imaju sredstva za praćenje konstantnosti sastava smjese - razne mjerače protoka i regulatore. Njihov izlazni pritisak je obično u području manje od 200 psi (13 atm).

11. Upijanje uz periodično čišćenje upijača (PSA).

Ova metoda se temelji na korištenju materijala nazvanog "molekularno sito" - sintetičkog poroznog materijala nalik glini, čije pore pružaju vrlo veliku površinu. Ova površina adsorbira plinove ("adsorbirati" znači "apsorbirati na površini"). Dušik se adsorbuje brže od kiseonika, pa vazduh koji prolazi kroz adsorbent postaje bogatiji kiseonikom (tačnije siromašniji azotom). Koriste se dvije adsorbirajuće ploče, između kojih se mijenja protok zraka. Kada se tok usmjeri na jednu ploču, ona adsorbira dušik, druga ploča se u ovom trenutku čisti od prethodno adsorbiranog dušika. Tada ploče mijenjaju uloge.

Promjenom pritiska i učestalosti čišćenja ploča moguće je dobiti različite vrijednosti sadržaja kisika u izlaznoj smjesi. Maksimalni mogući sadržaj kiseonika je 95%, ostalo je argon. Argon se u odnosu na ovu vrstu adsorbenta ponaša skoro kao kiseonik (tj. nije adsorbovan), pa će se u izlaznoj smeši nalaziti u skoro istoj proporciji sa kiseonikom kao i u ulaznom vazduhu. Ovaj argon nema efekta na ronioca.

Biljke ovog tipa ne zahtijevaju kisik pod visokim pritiskom, ali su složene i prilično skupe u smislu nabavke i održavanja; efluent se mora pumpati u cilindre pomoću očišćenog kompresora kompatibilnog s kisikom ili pneumatske pumpe (na slici).

12. Membransko odvajanje.

Ova metoda se zasniva na korištenju membrane koja, kada kroz nju prođe čist zrak, bolje propušta molekule kisika od dušika. Tako je izlazna smjesa obogaćena kisikom, a koncentracija kisika određena je ulaznom strujom. Maksimalna dostižna vrednost sadržaja kiseonika u komercijalno dostupnim sistemima je oko 40%. Ista tehnologija se, inače, koristi za ekstrakciju helijuma i u nekim drugim procesima.

Slično kao kod PSA jedinica, nema potrebe za korištenjem kisika pod visokim pritiskom. Efluent se mora pumpati u cilindre pomoću očišćenog kompresora kompatibilnog s kisikom ili pneumatske pumpe. Membranski sistemi su prilično pouzdani i ne zahtijevaju mnogo održavanja, pod uslovom da je čistoća ulaznog toka dovoljna.

gasovi arhiva

Gasnu mješavinu vodonika i kisika, ako njima maseni udjeli 1 i 2 jednaki su respektivno ... parametri koji karakteriziraju pojedinca svojstvagas, pa je prema tome... T=400 K. 8 POGLAVLJE 1 FIZIČKE OSNOVE MEHANIKE POGLAVLJE 1 FIZIČKE OSNOVE MEHANIKE...