13.7. Termal transformatörler

Çoğu zaman, teknolojik süreç için belirli bir sıcaklığın korunması gerekir.

Bu tür bir desteğin en basit yolu, yakıtı yakmak ve sıcak yanma ürünlerinden gelen ısıyı ya doğrudan tüketiciye ya da bir ara soğutucuya aktarmaktır. Bu durumda, ısı değişimi doğal olarak bir sıcaklıktaki sıcak bir kaynaktan gerçekleşir. T 1 sıcaklık ile daha soğuk T 2. Bu yöntemle yakıtın yanması sırasında elde edilenden daha fazla ısı transferi mümkün değildir (ve kayıplar nedeniyle çok daha azdır).

Bununla birlikte, belirli bir miktarda ısıya sahip olmak temelde mümkündür. q" de Yüksek sıcaklık T 1, iş maliyeti olmadan daha düşük bir sıcaklıkta daha fazla ısı elde edin T 2. Bunu yapmak için, yüksek sıcaklıktaki bir kaynak ile yüksek sıcaklıktaki bir kaynak arasında tersinir bir doğrudan Carnot çevrimi gerçekleştirmek yeterlidir. çevre sıcaklık ile T İle birlikte, bunun sonucunda işin elde edileceği (bkz. (7.7)):

Bu çalışmayı, T sıcaklığına sahip ortam arasındaki ters çevrilebilir Carnot döngüsünde harcadıktan sonra İle birlikte ve sıcaklık ile tüketici T 2, ikincisine eşit ısı miktarını aktaracağız

Bu ifadede işin değeri yerine ben İle birlikteönceki ifadeden şunu elde ederiz:

orantılılık katsayısı ψ 1.2 olarak adlandırılır ısı dönüşüm faktörü sıcaklık T 1 sıcaklığa T 2 .

Bu nedenle almış q" bir sıcaklığa sahip bir kaynaktan gelen ısı miktarı T 1, sıcaklık ile vücuda aktarılabilir T 2 ısı miktarı ψ 1,2 q" .

Çünkü T 2 T 1 , sonra q" >q" .

Örneğin, izin ver t 1 \u003d 1000 yaklaşık C, t 2 \u003d 50 o C, t İle birlikte \u003d 0 ° C Katsayısı. Bu nedenle, diyelim ki 50°C sıcaklıkta 5 J ısı elde etmek için 1000°C'de sadece 1 J ısı harcanmalı, konvansiyonel bir ısıtma tesisatında ise yüksek sıcaklıktaki 1 J ısı enerjiye dönüştürülmelidir. düşük sıcaklıkta aynı miktarda ısı.

Bu nedenle, termodinamik bakış açısından, bir ısıtma tesisatı, tersine çevrilebilir bir ısı dönüştürücü tesisattan 5 kat daha az ekonomiktir.

Bir sıcaklıktaki bir kaynaktan farklı sıcaklıktaki bir tüketiciye doğrudan ve ters ısı transferini sağlayan cihaza denir. termotransformatör.

Gerekli sıcaklık başlangıç ​​sıcaklığından düşükse, termotransformatör denir. düşürme.

Orijinalden daha yüksek bir sıcaklığı korumak için yardım gereklidir artan termotransformatör, bunun için, o zamandan beri T 2 > T 1 .

Pirinç. 13.7 Şek. 13.8

Bir termal transformatör, bir ısı motoru ve bir ısı pompasının birleşimidir.

Şek. 13.7, kademeli bir termal transformatörün bir diyagramını gösterir ve Şek. 13.8 onun teorik döngüsüdür.

Şek. 13.9, bir yükseltici termal transformatörün bir diyagramını gösterir ve Şek. 13.10 - teorik döngüsü.

Rakamlarda: I - ısı motoru, II - ısı pompası.

Bir termal transformatör, orijinalden hem daha düşük hem de daha yüksek sıcaklıkları korumak için tasarlanmışsa, buna denir. karışık tip termotransformatör.

Pirinç. 13.9 Şek. 13.10

sınav soruları

Ters Carnot döngüsü nasıl çalışır?

Bir ısı pompası kurulumunun termodinamik verimliliğini hangi parametre değerlendirir?

Isı pompası ve soğutma devre şemaları arasındaki fark nedir?

14. Gazların ve buharların karıştırılması

Çeşitli cihazlarda, genellikle çeşitli gazların, buharların veya sıvıların karıştırılması ile uğraşmak gerekir. Bu durumda bu karışımı oluşturan bileşenlerin bilinen durum parametrelerinden karışımın durum parametrelerinin belirlenmesi gerekmektedir.

Bu sorunun çözümü, bu karıştırma işleminin gerçekleştirildiği koşullara bağlıdır. Karışımların oluşumu için tüm yöntemler üç gruba ayrılabilir:

gazların sabit hacimde karıştırılması,

gaz akışlarının karıştırılması,

tankı doldururken gazları karıştırmak.

14.1. Sabit hacimde karıştırma işlemi

Bu karışım oluşturma yöntemi, birkaç gazın basınçlı olması gerçeğinden oluşur. R 1 , R 2 , …, R n, sıcaklıklar T 1 , T 2 , …, T n ve kitleler G 1 , G 2 , …, G n farklı hacimleri işgal et V 1 , V 2 , …, V n(Şek. 14.1).

Gazlar arasındaki ayırıcı bölmeleri kaldırırsanız, gazlar karışacak ve karışımın hacmi

V = V 1 + V 2 + …+ V n ,

ve karışımın kütlesi

G = G 1 + G 2 + …+ G n .

Bir denge durumu kurulduğunda, karışımın parametreleri şu şekilde olacaktır: R, v, T, sen.

Termodinamiğin birinci yasasına göre proses adyabatik olduğundan ve hacim değişmediğinden, içsel enerji sistemler:

U = U 1 + U 2 + …+ U n veya Gu=G 1 sen 1 + G 2 sen 2 + … + G n sen n .

Bu nedenle, karışımın özgül iç enerjisi aşağıdaki gibi belirlenir:

, (14.1)

nerede g i- kütle kesri i gaz.

Ve belirli hacim, tanımı gereği, eşittir

. (14.2)

Diğer parametreler ( R, T) gerçek gazlar, buharlar ve sıvılar için bu maddeler için diyagramlardan bulunur.

Sabit ısı kapasitesine sahip ideal gazların karıştırıldığı özel durumda, bunun için du= c v dT, alırız

Aynı gazın parçaları karıştırıldığında, karışımın sıcaklığı daha basit bir formül kullanılarak hesaplanır:

.

Karıştırma sonrası gaz basıncı Claiperon-Mendeleev denklemi ile belirlenir.

nerede R gaz karışımı sabitidir (Bölüm 1.4'te tanımlanmıştır).

14.2. Karıştırma işlemi

Bu durumda, gazların karışması, bir kanalda birkaç akışın bağlanmasının bir sonucu olarak meydana gelir.

Boru hattına izin ver 1 (Şekil 14.2) Parametreli gaz karıştırma odasına girer p 1 , v 1 , T 1 , h 1 ve boru hattından 2 – parametreli gaz p 2 , v 2 , T 2 , h 2 .

Boru hattından gaz akışı 1 eşittir G 1, boru hattından 2 – G 2. Karıştırma odasının girişinde, bu gaz akışları kısılır, böylece odadaki basınç R daha azdı R 1 ve R 2 (örneğin, R > R 1, daha sonra karıştırma odasından gelen gaz boru hattına koşar 1 ).

baskı olduğu vurgulanmalıdır. R karıştırma odasında farklı şekilde seçilebilir (vanaları ayarlayarak); Bu şekilde, bir akışta karıştırma işlemi, akışta karıştırma işleminden önemli ölçüde farklıdır. sabit hacim, burada basınç, karışık gazların parametreleri tarafından benzersiz bir şekilde belirlenir.

Parametreli karıştırma odası gazından R,v, T boru hattından boşaltıldı 3 . Boru hattındaki gaz tüketimi 3 açıkça eşittir G = G 1 + G 2 .

Gaz boru hatlarında hareket ettiğinden, iç enerjisine ek olarak (bir bütün olarak) kinetik ve potansiyel enerjisi de vardır. Basitlik için (çoğu teknik problem için haklıdır), şunu varsayacağız:

boru hatları yatay olarak yerleştirilmiştir, bu nedenle potansiyel enerjideki değişim ihmal edilebilir;

gaz hareket hızları nispeten küçüktür, yani değiştirmek kinetik enerji da ihmal.

Daha sonra, adyabatik akış için birinci yasaya (9.3) göre, yukarıdaki koşullar altında,

Buradan, akışta karıştırma sonucunda elde edilen karışımın özgül entalpisi için bir ifade elde ederiz:

. (14.3)

Spesifik entalpiyi bilmek h ve basınç R gaz karıştırıldıktan sonra, durum diyagramlarını kullanarak karışımın kalan parametrelerini bulabilirsiniz ( T, v, s ve benzeri.).

İçin ideal gazlar, belirli entalpinin ifadeyle değiştirilmesi İle birlikte R T, alırız

. (14.4)

Aynı gazın iki akışının karıştırılması durumunda, karışımın sıcaklığı için formül basitleştirilmiştir:

. (14.5)

Bu şekilde belirlenen sıcaklığı bilmek T, ideal bir gazın hal denkleminden özgül hacmi bulabilirsiniz:

(14.3)–(14.5) formülleri benzer şekilde rastgele sayıda karışım gazı akışı için yazılmıştır.

14.3. Hacmi doldururken karıştırma

Tanka izin ver 1 (Şekil 14.3) hacim V kütleli bir gaz (buhar, sıvı) var G 1 seçenekli R 1 , T bir . Bu tank bir boru hattından beslenir. 2 parametreli gaz R 2 , v 2 , T 2 (tabii ki, R 2 > R 1) ve ağırlık G 2, bundan sonra valf kapanır. Tank, hacmi olan bir gaz karışımı içerir. V ve ağırlık G = G 1 + G 2. Elde edilen karışımın parametrelerini belirlemek gereklidir.

Dolum işlemi sırasında boru hattındaki gazın üzerine itme işi yapılır. 2 eşittir – p 2 v 2 G 2; Tank hacmi sabit olduğu için tankta iş yapılmaz.

Adyabatik bir süreçte, iç enerjideki bir değişiklik nedeniyle iş yapılır (daha önce olduğu gibi, akış hızının küçüklüğü nedeniyle gelen gazın kinetik enerjisini ihmal ederiz):

Bu nedenle, kaptaki karışımın özgül iç enerjisi eşittir.

Bir karışımın özgül hacmi, tanım gereği, şuna eşittir: v = V/ G.

bilmek sen ve v, diyagramların yardımıyla karışımın kalan parametrelerini bulun ( R, T, s, h).

Sabit ısı kapasiteleri ile aynı ideal gazın karıştırılması durumunda

nerede k adyabatik indekstir.

Karıştırıldıktan sonra tanktaki basınç

İki kısım hava karıştırılır ve birinci bileşenin kütlesi 10 kg ve sıcaklığı 400 °C, ikinci bileşenin kütlesi 90 kg ve sıcaklığı 100 °C'dir. çeşitli karıştırma yöntemleri için karışım.

Çözüm: Sabit hacimde karıştırma işleminden veya gaz akımındaki karıştırma işleminden elde edilen karışımın sıcaklığı aşağıdaki formülle belirlenecektir. t = g 1 t 1 +g 2 t 2. Ve bizim örneğimizde t\u003d 0.1 ∙ 400 + 0.9 ∙ 100 \u003d 130 o C

Karışım, ilk gazın bulunduğu hacmin doldurulması sonucu elde edilirse, mutlak sıcaklığı formülle hesaplanır. T = g 1 T 1 +kilogram 2 T 2. İncelenen örnekte, hava adyabatik indeksi k= 1.4 ve karışımın sıcaklığı t\u003d 0.1 (400 +273) +1.4 ∙ 0.9 ∙ (100 +273) - 273 \u003d 264 o C.

14.4. Karıştırma sırasında entropi değişimi

Bir karışımın entropisi, bu karışımı oluşturan bileşenlerin entropilerinin toplamıdır, yani.

veya belirli birimlerde

Karıştırma işlemi tersinmez bir işlem olduğundan, termodinamik sistemin entropisi (adyabatik karışıma katılan tüm maddeler) bu işlemde termodinamiğin ikinci yasasına göre artacaktır, yani.

Karıştırma işleminin tersinmezliği, bu işleme eşlik eden karıştırma bileşenlerinin difüzyonu ile açıklanmaktadır. Karıştırma sırasında entropideki artış bu tersinmezliğin bir ölçüsüdür.

sınav soruları

Karıştırmanın ana yöntemleri nelerdir?

Karışım nasıl tanımlanır?

Farklı karıştırma yöntemleri ile karışımın sıcaklığı nasıl belirlenir?

Gazların veya buharların adyabatik karıştırılmasıyla karışımın entropisinin artması gerçeği nasıl açıklanabilir?

15. Kimyasal termodinamiğin temelleri

Homojen olmayan bir sistem, bileşenlerinin bileşimi ile belirlenir. Belirli koşullar altında, sistemde meydana gelen kimyasal ve fizikokimyasal dönüşümler nedeniyle bu bileşim değişebilir, bu da eskilerin yok edilmesi ve atomlar arasında yeni bağların ortaya çıkmasının meydana gelmesidir. Bu süreçlere, bu bağların kuvvetlerinin bir sonucu olarak enerjinin salınması veya emilmesi eşlik eder.

Kimyasal termodinamik, termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarının kimyasal ve fizikokimyasal olaylara uygulanmasını ele alır.

15.1. kimyasal reaksiyonlar

Kimyasal madde belirli bir kimyasal bileşimin makroskopik bir gövdesidir, yani. sadece hangi kimyasal elementlerden ve hangi oranda oluştuğunun bilinmediği bir vücut ( bireysel kimyasal), ancak hangi kimyasal element bileşiklerinden oluştuğu da bilinmektedir ( karışım veya çözüm).

Bir kimyasal madde (bileşik), genellikle hangi elementlerden oluştuğunu ve bu elementlerin atomlarının oluşumu sırasında hangi oranda birleştiğini gösteren bir kimyasal formül ile karakterize edilir.

Yeni maddelerin oluşumuna yol açan bireysel kimyasallar arasındaki etkileşim süreçlerine denir. kimyasal reaksiyonlar.

Herhangi bir kimyasal reaksiyon hem ileri hem de geri yönde gerçekleşebilir.

Kapalı sistemlerde kimyasal reaksiyonlar, sistemde bulunan kimyasal elementlerin her birinin toplam miktarı değişmeyecek şekilde gerçekleşir. Bu nedenle, kimyasal reaksiyonlara rastgele miktarlarda maddeler katılmaz, ancak stokiyometrik miktarları, yani maddelerin kimyasal formüllerine karşılık gelen miktarlar. Bu nedenle kimyasal reaksiyonlar, reaksiyona giren maddelerin kimyasal formülleri ile bu reaksiyonun ürünlerinin kimyasal formülleri arasında eşitlikler olarak yazılır. İzin vermek ANCAK 1 , ANCAK 2 , …, ANCAK n başlangıç ​​malzemeleridir ve AT 1 , AT 2 , …, AT m reaksiyonun son ürünleridir. Daha sonra maddeler arasındaki kimyasal reaksiyon ANCAK 1 , ANCAK 2 , …, ANCAK n maddelerin oluşumuna yol açan AT 1 , AT 2 , …, AT m, eşitlik olarak yazılacaktır:

burada α 1 , α 2 , … α n, β 1 , β 2 … β m stokiyometrik katsayılardır. Örneğin, metan gazının yanması karbondioksit ve su üretir:

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

1, kimyada bir maddenin miktarının birimi olarak alınır. mol. Bu miktar, Avogadro sabitine eşit, belirli bir maddenin kesin olarak tanımlanmış sayıda molekülünü (atomunu) içerir. N A= 6.02204∙10 23 . Başka bir deyişle: 1 mol madde, gram cinsinden kütlesi moleküler (atomik) kütlesi M'ye eşit olan bir maddenin miktarı olarak tanımlanır.

Her birinin miktarı belirli olan birçok maddeden oluşan karmaşık sistemlerin bileşimi. n i mol, kimyada verilir mol kesirleri sistem bileşeni.

Gazların karıştırılması. Moleküler ve molar (türbülanslı) difüzyon

moleküler difüzyon- bir gazın moleküllerinin diğerine karşılıklı penetrasyon süreci, mükemmel bir karışımın oluşumuna yol açar, sabit gazlarda ve laminer akışlarda gözlenir.

Moleküler difüzyonda, gazların karışması moleküllerin termal hareketi ile belirlenir. Moleküllerin hızına rağmen W ortalama olarak çok büyük, serbest yolun uzunluğu / onların küçük. Bu nedenle, moleküler difüzyon oldukça yavaş ilerler. Fick yasasına göre bir katmandan diğerine yayılan gaz miktarı,

moleküler difüzyon katsayısı nerede, m 2 /s; dC/dn -

yayılan gaz konsantrasyon gradyanı, kg/m 4 .

artan sıcaklık ile D ve difüzyon hızı artar. değer D N.D.'nin modifikasyonunda Sutherland formülü ile belirlenebilir. Kosova:

burada D)12, bir gazın (1) başka bir (2) gaza basınç altında difüzyon katsayısıdır. p Q ve sıcaklık 7o; Q ve C2 - Karışımın bileşenleri için Sutherland katsayıları, K (metan için C = 198, hava - 119, nitrojen - 107.0 2 - 138, C0 2 - 255, ); p 0 , G 0 - normal fiziksel koşullar altında sırasıyla basınç ve sıcaklık değeri (ro= 1.01 10 5 Pa; 0= 273 K).

Genellikle moleküler difüzyon katsayısını belirlemek için kullanılır D basit bir güç formülü kullanılır

nerede P- ampirik katsayı

Çok bileşenli bir karışımın difüzyon katsayıları için bağımlılıklar daha karmaşıktır (bkz. , s. 80).

Türbülanslı bir akışta, difüzyonun yanı sıra ısı transferi ve iç sürtünme, türbülanslı transfer ve sonlu makroskopik gaz kütlelerinin - türbülanslı mollerin karıştırılması ile ilişkilidir. Bu mollerin boyutları ve karışmadan önceki hareket şekilleri çeşitlidir, bu miktarların bir dizi değeri vardır. Benlerin hareketi titreşimli bir yapıya sahiptir, hareketlerinin hızı akış boyunca titreşimlerin hızıdır. Düşük Re sayılarında, büyük ölçekli titreşimler gözlenir ve türbülanslı hızlar yalnızca büyük mesafelerde önemli ölçüde değişir. Altında dalgalanma ölçeği(türbülans) üzerinde önemli bir hız değişikliğinin meydana geldiği uzunluk sırasını anlar. Büyük ölçekli titreşimlerin frekansları düşüktür.

Re'deki bir artışla, büyük ölçekli titreşimlerle birlikte yüksek frekanslı küçük ölçekli titreşimler de ortaya çıkar. Büyük ölçekli titreşimlerin ölçeği, sistemin tanımlayıcı boyutlarının (. D, I kanal veya serbest jet, vb.). Büyük ölçekli titreşimler türbülanslı karıştırma süreçlerini belirler: iç sürtünme, difüzyon ve ısı transferi. Küçük ölçekli titreşimler viskoz dağılımı gerçekleştirir. Büyük ölçekli mollerden gelen enerji, küçük ölçekli olanlara aktarılır ve onlar tarafından dağıtılır. Bununla birlikte, moleküler difüzyon nedeniyle karıştırma, türbülanslı difüzyonla sona erer.

Moleküler transfer süreçleri ile boyutsal değerlendirmeler ve analoji kullanılarak, konsept tanıtılmıştır. türbülanslı taşıma katsayısı A T, türbülanslı bir akışta iç sürtünme, difüzyon ve ısı transferini karakterize eden:

nerede G- türbülans ölçeği, türbülanslı hareketin uzunluğu

karıştırmadan önce köstebek (analog /); - RMS

titreşimli hız.

katsayı bir aynı anda türbülanslı difüzyon katsayısıdır D T , türbülanslı termal yayılım bir t ve viskozite (vT). Gazın özelliklerine bağlı değildir, türbülansın özelliklerine göre belirlenir.

(3.57)'yi (3.56) yerine koyarak Prandtl formülünü elde ederiz.

(3.58) bağıntısı türbülanslı bir akışta taşıma katsayılarını tahmin etmeyi mümkün kılar. Transfer (difüzyon) süreçlerinin hesaplanması için, moleküler süreçlerle ilgili ilişkiler (denklemler) kullanılabilir ve bunların yerine kullanılabilir. D, bir, V D T üzerinde, bir t, vx . Türbülanslı ve moleküler taşımanın karşılaştırılabilir bir etkisi ile toplam katsayılar tanıtılır.

2. Farklı sıcaklıklara sahip gazların ve buharların karıştırılması.

Atmosferik sisler bu şekilde oluşur. Çoğu zaman, sis, yoğun bir şekilde ısı veren Dünya yüzeyinin büyük ölçüde soğutulduğu geceleri açık havalarda ortaya çıkar. Sıcak nemli hava, soğuyan Dünya ile veya yüzeyinin yakınında soğuk hava ile temas eder ve içinde sıvı damlacıkları oluşur. Aynı şey, sıcak ve soğuk havanın cepheleri karıştığında da olur.

3. Buhar içeren bir gaz karışımının soğutulması.

Bu durum, içinde suyun kaynadığı bir su ısıtıcısı örneği ile gösterilebilir. Su buharı, ışığı dağıtmadığı için görünmez olan musluktan kaçar. Ayrıca, su buharı hızla soğur, içindeki su yoğunlaşır ve çaydanlık ağzından kısa bir mesafede zaten sütlü bir bulut görüyoruz - ışığı dağıtma yeteneği nedeniyle görünür hale gelen bir sis. Soğuk bir günde pencereyi açtığımızda da benzer bir fenomen gözlemlenir. Kızartma tavasında kaynatılan yağ, odada yalnızca iyi havalandırılan bir oda tarafından çıkarılabilen bir gaz (yağ aerosolü) oluşturduğunda daha güçlü bir aerosol oluşur.

Ek olarak, uçucu olmayan ürünlerin oluşumuna yol açan gaz reaksiyonlarının bir sonucu olarak yoğuşma aerosolü oluşabilir:

Yakıtın yanması sırasında, yoğunlaşması fırın dumanının ortaya çıkmasına neden olan baca gazları oluşur;

Fosfor havada yandığında beyaz duman oluşur (P 2 O 5);

· gaz halindeki NH3 ve HC1 etkileşime girdiğinde, duman MH4C1 (tv) oluşur;

Metallerin havadaki oksidasyonu, çeşitli metalurjik ve kimyasal süreçler, metal oksit parçacıklarından oluşan duman oluşumu eşlik eder.

DAĞILIM YÖNTEMLERİ

Katı maddelerin öğütülmesi (püskürtülmesi) sırasında dispersiyon aerosolleri oluşur ve sıvı cisimler gazlı bir ortamda ve toz halindeki maddelerin hava akışlarının etkisi altında askıya alınmış hallerde geçişi sırasında.

Katıların püskürtülmesi iki aşamada gerçekleşir:

taşlama ve ardından püskürtme. Bir maddenin aerosol durumuna transferi, aerosolün uygulanması sırasında gerçekleştirilmelidir, çünkü diğer dispers sistemlerden farklı olarak - emülsiyonlar, süspansiyonlar, aerosoller önceden hazırlanamaz. Ev ortamlarında, sıvı ve toz halindeki aerosolleri elde etmenin neredeyse tek yolu, "aerosol ambalajı" veya "aerosol kutusu" adı verilen bir cihazdır. İçindeki madde basınç altında paketlenir ve sıvılaştırılmış veya sıkıştırılmış gazlar kullanılarak püskürtülür.

AEROSOLLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ

Aerosollerin özellikleri şu şekilde belirlenir:

Dağınık fazın ve dağılım ortamının maddelerinin doğası;

Aerosolün kısmi ve kütle konsantrasyonu;

Parçacık boyutu ve parçacık boyutu dağılımı;

Birincil (birleştirilmemiş) parçacıkların şekli;

Aerosol yapısı;

Parçacık yükü.

Aerosollerin konsantrasyonunu ve diğer dağılmış sistemleri karakterize etmek için kütle konsantrasyonu ve sayısal (kısmi) konsantrasyon kullanılır.

Kütle konsantrasyonu - birim gaz hacmindeki tüm asılı parçacıkların kütlesi.

Sayısal konsantrasyon - aerosolün birim hacmi başına partikül sayısı. Aerosol oluşumu sırasında sayısal konsantrasyon ne kadar büyük olursa olsun, birkaç saniye sonra 103 partikül/cm3'ü aşamaz.

AEROSOL PARTİKÜL BOYUTLARI

Minimum parçacık boyutu, agregasyon halindeki bir maddenin mevcudiyeti olasılığı ile belirlenir. Yani bir molekül su ne gaz ne sıvı ne de gaz oluşturabilir. sağlam vücut. Faz oluşumu için en az 20-30 molekülden oluşan agregalar gereklidir. En küçük parçacık sağlam veya sıvının boyutu 1 10 -3 mikrondan küçük olamaz. Bir gazı sürekli bir ortam olarak kabul etmek için partikül boyutlarının gaz moleküllerinin serbest yolundan çok daha büyük olması gerekir. Parçacık boyutunun üst sınırı kesin olarak tanımlanmamıştır, ancak 100 mikrondan büyük parçacıklar havada uzun süre asılı kalamazlar.

AEROSOLLERİN MOLEKÜLER KİNETİK ÖZELLİKLERİ

Aerosollerin moleküler-kinetik özelliklerinin özellikleri şunlardan kaynaklanmaktadır:

Dağınık fazın partiküllerinin düşük konsantrasyonu - yani, 1 cm3 altın hidrosol 10 16 partikül içeriyorsa, aynı hacimde altın aerosolde 107'den az partikül vardır;

Dağılım ortamının düşük viskozitesi - hava, dolayısıyla parçacıkların hareketinden kaynaklanan düşük sürtünme katsayısı (B);

Dağılım ortamının düşük yoğunluğu, dolayısıyla ρ kısmı » ρ gazı.

Bütün bunlar, aerosollerdeki parçacıkların hareketinin liyosollerden çok daha yoğun olmasına yol açar.

Aerosolün kapalı bir kapta olduğu (yani, dış hava akışları hariç tutulduğu) ve parçacıkların yarıçapı r ve yoğunluğu p olan küresel olduğu en basit durumu ele alalım. Böyle bir parçacık, aynı anda dikey olarak aşağıya doğru yönlendirilen yerçekimi kuvvetinden ve zıt yöndeki sürtünme kuvvetinden etkilenir. Ek olarak, parçacık kahverengi hareket difüzyonla sonuçlanır.

İçin niceleme aerosollerde difüzyon ve sedimantasyon süreçleri, değerleri kullanabiliriz

özgül difüzyon akısı i diff i

özel sedimantasyon akışı sed. .

Hangi akışın geçerli olacağını bulmak için oranlarını göz önünde bulundurun:

Bu ifadede, (p - p 0) » 0. Bu nedenle, kesrin boyutu parçacıkların boyutuna göre belirlenecektir.

r > 1 μm ise, o zaman i sed » i dif, yani difüzyon ihmal edilebilir - hızlı sedimantasyon meydana gelir ve partiküller kabın dibine yerleşir.

eğer 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.

Böylece, hem çok küçük hem de çok büyük parçacıklar aerosolden hızla kaybolur: ilki duvarlara yapışma veya birbirine yapışma nedeniyle, ikincisi - dibe çökmenin bir sonucu olarak. Ara büyüklükteki partiküller maksimum stabiliteye sahiptir. Bu nedenle, aerosol oluşumu anında partiküllerin sayısal konsantrasyonu ne kadar büyük olursa olsun, birkaç saniye sonra 10 3 kısım/cm3'ü geçmez.

AEROSOLLERİN ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİ

Aerosol parçacıklarının elektriksel özellikleri, aşağıdakilerden önemli ölçüde farklıdır: elektriksel özellikler lyosol içindeki parçacıklar.

1. DEL, aerosol partiküllerinde görülmez, çünkü düşük geçirgenlik gazlı ortam, elektrolitik ayrışma pratik olarak içinde oluşmaz.

2. Parçacıklar üzerindeki yük, esas olarak, gaz fazında kozmik, ultraviyole veya radyoaktif ışınlarla gaz iyonizasyonunun bir sonucu olarak oluşan iyonların gelişigüzel adsorpsiyonundan kaynaklanır.

3. Parçacıkların yükü rastgeledir ve aynı yapıdaki ve aynı boyuttaki parçacıklar için hem büyüklük hem de işaret olarak farklı olabilir.

4. Bir parçacığın yükü hem büyüklük hem de işaret olarak zamanla değişir.

5. Spesifik adsorpsiyonun yokluğunda, parçacık yükleri çok küçüktür ve genellikle temel elektrik yükünü 10 katından fazla aşmaz.

6. Spesifik adsorpsiyon, partikülleri oldukça polar bir madde tarafından oluşturulan aerosollerin karakteristiğidir, çünkü bu durumda, moleküllerin yüzey oryantasyonu nedeniyle ara yüzey yüzeyinde yeterince büyük bir potansiyel sıçrama meydana gelir. Örneğin, su veya kar aerosollerinin arayüzey yüzeyinde pozitif bir elektrik potansiyeli yaklaşık 250 mV.

Uygulamadan, metallerin aerosol parçacıklarının ve bunların oksitlerinin genellikle negatif bir yük (Zn, ZnO, MgO, Fe 2 0 3) ve metal olmayan aerosol parçacıklarının ve oksitlerinin (SiO 2, P 2 O 5) taşıdığı bilinmektedir. pozitif yüklüdür. NaCl ve nişasta partikülleri pozitif yüklüyken, un partikülleri negatif masraflar.

AGREGATİF KARARLILIK. KOAGÜLASYON

Diğer dağılmış sistemlerden farklı olarak, aerosollerin partiküllerin yüzeyi ile gazlı ortam arasında herhangi bir etkileşimi yoktur, bu da darbe üzerine partiküllerin birbirine ve makroskopik cisimlere yapışmasını engelleyen hiçbir kuvvet olmadığı anlamına gelir. Bu nedenle, aerosoller toplu olarak kararsız sistemlerdir. İçlerinde pıhtılaşma, hızlı pıhtılaşma tipine göre gerçekleşir, yani parçacıkların her çarpışması birbirine yapışmalarına yol açar.

Pıhtılaşma hızı, aerosolün sayısal konsantrasyonunun artmasıyla hızla artar.

Aerosolün ilk konsantrasyonundan bağımsız olarak, birkaç dakika sonra 1 cm3'te 108 -10 6 parçacık vardır (karşılaştırma için - liyosollerde ~ 10 15 parçacık). Bu nedenle, yüksek oranda seyreltilmiş sistemlerle uğraşıyoruz.

AEROSOLLERİ İMHA ETME YÖNTEMLERİ

Aerosollerin toplu olarak kararsız olmalarına rağmen, yok edilmeleri sorunu çok keskindir. Çözünürlüğü aerosolleri yok etmenin gerekli olduğu ana problemler:

Endüstriyel aerosollerden atmosferik havanın saflaştırılması;

Endüstriyel dumandan değerli ürünleri yakalamak;

Bulutların ve sisin yapay serpilmesi veya dağıtılması.

Aerosoller şu şekilde parçalanır:

hava akımlarının etkisi altında veya aynı parçacık yükleri nedeniyle saçılma;

· sedimantasyon;

Damar duvarlarına difüzyon

· pıhtılaşma;

· Dağınık fazın parçacıklarının buharlaşması (uçucu maddelerin aerosolleri durumunda).

Arıtma tesislerinden en eskisi bacadır. Zararlı aerosolleri atmosfere mümkün olduğunca yüksek salmaya çalışırlar, çünkü bazıları kimyasal bileşikler, güneş ışığının etkisi altında atmosferin yüzey tabakasına girerek ve çeşitli reaksiyonlar sonucunda daha az tehlikeli maddelere dönüşürler (örneğin, Norilsk Madencilik ve Metalurjik Kombine'de, üç kanallı bir borunun yüksekliği 420'dir). m).

Ancak, endüstriyel üretimin mevcut konsantrasyonu, baca emisyonlarının ön arıtmaya tabi tutulmasını gerektirir. Aerosollerin yok edilmesi için birçok yöntem geliştirilmiştir, ancak bunlardan herhangi biri iki aşamadan oluşmaktadır:

ilki, dağılmış parçacıkların yakalanması, gazdan ayrılması,

ikincisi, parçacıkların gazlı ortama yeniden girmesini önlemektir, bu, sıkışan parçacıkların yapışması probleminden, onlardan güçlü bir tortu oluşumundan kaynaklanmaktadır.

AEROSOL KUTULARI

Aerosol kutusunun çalışma prensibi, pakete konulan ilacın tahliye sıvısı ile karıştırılmasıdır. doymuş buhar paketin çalıştırıldığı sıcaklık aralığında atmosferik sıcaklığın üzerinde olan.

Karışım, sıvının üzerindeki doymuş buhar basıncının etkisi altında silindirden dışarı atılır.

Herhangi bir kararlı maddenin doygun buhar basıncının sadece sıcaklıkla belirlendiği ve hacme bağlı olmadığı bilinmektedir. Bu nedenle, silindirin tüm çalışma süresi boyunca, içindeki basınç sabit kalacaktır, bu nedenle partikül aralığı ve püskürtme konisinin açısı pratik olarak sabit kalacaktır.

Püskürtülen maddenin tahliye sıvısı ile etkileşiminin doğasına ve toplanma durumuna bağlı olarak, aerosol paketlemedeki sistemler farklı sayıda fazdan oluşacaktır. Bileşenlerin karşılıklı çözünürlüğü durumunda, homojen bir sıvı çözelti, diğer durumlarda bir emülsiyon veya süspansiyon ve son olarak, ilaç ve tahliye sıvısı makroskopik olarak heterojen bir sistem oluşturduğunda heterojen bir sistem oluşur. Açıkçası, ilk durumda, aerosol paketi iki fazlı bir sistem içerir - sıvı ve doymuş buhar. Atmosfere bir emülsiyon veya süspansiyon salındığında, sadece dispersiyon ortamı ezilir - sonuçta ortaya çıkan partiküller, en iyi ihtimalle sıvı fazda sahip oldukları boyutlara sahip olacaktır.

İlaç ve tahliye sıvısı birbiriyle sınırlı ölçüde karışmadığında veya karışmadığında ve sıvılardan biri diğerinde küçük damlacıklar halinde dağıldığında emülsiyonlar oluşur.

Ürün ambalajdan atmosfere çıktığında oluşan sistemin doğası, sıvılardan hangisinin dağılmış faz olduğuna bağlıdır. Dağıtılmış faz bir müstahzar ise, bir aerosol oluşur. Dağıtılmış faz bir tahliye sıvısı ise, köpük elde edilir. Aerosol kutuları kullanılarak elde edilen parçacıkların boyutu, müstahzarı oluşturan maddelerin fizikokimyasal özelliklerine, bileşenlerin oranına, kutunun tasarım özelliklerine ve çalışmasının sıcaklık koşullarına bağlıdır.

Dağılma derecesi ayarlanabilir: “çıkış boyutunu değiştirerek;

Tahliye sıvısının doymuş buharının basıncını değiştirerek;

İlacın ve tahliye ajanının nicel oranını değiştirerek.

TAHLİYE MADDELERİ

En önemli yardımcı bileşen, ilacın atmosfere salınmasını ve ardından dağılmasını sağlayan bir maddedir. Bu maddelere itici gazlar denir (Latince "pro-peilere" - sürmek). İtici gaz iki işlevi yerine getirmelidir:

İlacı serbest bırakmak için gerekli basıncı yaratın;

Atmosfere salınan ürünü dağıtın. İtici gaz olarak freonlar ve sıkıştırılmış gazlar kullanılır. Freonlar, alifatik serinin düşük moleküler ağırlıklı organoflor bileşikleridir.

Aşağıdaki freon atama sistemi benimsenmiştir: son basamak (birim sayısı), moleküldeki flor atomlarının sayısı anlamına gelir, önceki basamak (onlar sayısı) bir artan hidrojen atomlarının sayısıdır ve üçüncü ( yüz sayısı), bir azaltılmış karbon atomu sayısıdır. Örneğin: F-22, CHC1F2'dir, F-114, C2C1 2F4'tür.

Döngüsel bir yapıya sahip moleküllerden oluşan maddeler de sayısal bir atamaya sahiptir, ancak sayıların önüne “C” harfi yerleştirilir, örneğin: C318 - C 4 F 8 (oktaflorosiklobutan).

Sıkıştırılmış gazlar olarak N 2, N 2 O, CO 2 vb.

AEROSOL PAKETLERİNİN AVANTAJLARI

1. İlacın ince dağılmış bir duruma transferi, potansiyel enerji sıvılaştırılmış itici ve herhangi bir yabancı cihazın kullanımını gerektirmez.

2. Aerosol oluşturmak için nozul gerekmez.

3. Birim zamanda, küçük boyutlu parçacıklar elde etmek için önemli miktarda bir madde dağıtılabilir - başka yöntemler kullanılmış olsaydı, çok daha fazla enerji gerekirdi.

4. Sisleme modu sabittir: elde edilen parçacıkların boyutu, uçuş aralığı, tüm çalışma süresi boyunca koninin tepesindeki açı çok az değişir.

5. Püskürtülen maddenin dozajını önceden belirleyebilirsiniz.

6. Parçacık boyutunu ayarlayabilirsiniz.

7. Aerosolün polidispersite derecesi düşüktür.

8. Tüm parçacıklar aynı kimyasal bileşim.

9. Püskürtülen preparatların sterilitesi sağlanır.

10. Ambalajdaki ilaç, stabilitesini sağlayan atmosferik oksijen ile temas etmez.

11. Kendiliğinden kapanan valf, ürünün kullanılmayan kısmının dökülmesi veya buharlaşması nedeniyle kaybolma olasılığını ortadan kaldırır.

12. Paketleme her zaman kullanıma hazırdır.

13. Ambalaj kompakttır. Bireysel veya grup kullanımına izin verir.

İlk aerosol paketleri 80'lerde ortaya çıktı. 20. yüzyıl Avrupa'da. İkinci Dünya Savaşı sırasında, Amerika Birleşik Devletleri onları geliştirmede başı çekti. 1941'de bir aerosol paketi oluşturuldu - bir cam kapta paketlenmiş bir böcek ilacı. Freon-12 itici olarak görev yaptı.

AT endüstriyel ölçekliÜretim, İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra ABD'de ve daha sonra dünyanın başka yerlerinde başladı.

AEROSOLLERİN PRATİK UYGULAMALARI

Aerosollerin yaygın kullanımı, yüksek verimliliklerinden kaynaklanmaktadır. Bir maddenin yüzeyindeki bir artışa, aktivitesinde bir artış eşlik ettiği bilinmektedir. Aerosol şeklinde püskürtülen az miktarda bir madde büyük bir hacim kaplar ve yüksek reaktiviteye sahiptir. Bu, aerosollerin diğer dağılmış sistemlere göre avantajıdır.

Aerosoller kullanılır:

AT çeşitli alanlar askeri ve uzay dahil teknoloji;

AT tarım; « sağlıkta;

Meteorolojide; günlük yaşamda vb.

Son zamanlarda farmasötik uygulamada, aerosol formunda dozaj formlarının hazırlanması yaygın olarak kullanılmaktadır. İlaçla geniş yüzeylerde (akut solunum yolu hastalıkları, yanıklar vb.) Etki etmenin gerekli olduğu durumlarda, aerosol şeklinde tıbbi maddelerin kullanılması uygundur. Bileşimlerinde sıvı film oluşturucu maddeler içeren dozaj formları büyük bir etki sağlar. Etkilenen bölgeye böyle bir ilaç püskürtüldüğünde, bandajın yerini alan ince, şeffaf bir film ile kaplanır.

Aerosol ambalajının kullanımı üzerinde daha ayrıntılı duralım.

Şu anda aerosol ambalajlarda 300'den fazla ürün çeşidi bulunmaktadır.

İlk grup: ev kimyasalları.

Böcek öldürücüler, böceklerin yok edilmesi için müstahzarlardır.

Güvelere karşı anlamına gelir.

Evcil hayvanlar için böcek öldürücüler.

İç mekan bitkilerini ve meyve ve meyve bitkilerini mantar hastalıklarından ve zararlılardan korumak için araçlar.

Cilalar ve boyalar.

Hava spreyleri.

c Parlatma ve temizleme bileşikleri.

İkinci grup:

Parfüm ve kozmetik. « Saç bakım ürünleri (vernikler, şampuanlar vb.).

Tıraş köpükleri ve jelleri.

Eller ve ayaklar için kremler.

Güneş yanığı için ve karşı yağ.

Deodorantlar.

Parfümler, kolonyalar, tuvalet suyu.

Üçüncü grup: tıbbi aerosoller.

Dördüncü grup: teknik aerosoller.

Yağlama yağları.

Korozyon önleyici kaplamalar.

Koruyucu filmler. kuru yağlayıcılar.

Delme makinelerinde soğutma kesiciler için emülsiyonlar.

Beşinci grup: gıda aerosolleri.

GIDA AEROSOLLERİ

İlk gıda kapları 1947'de ABD'de ortaya çıktı. Pastaları ve hamur işlerini süslemek için kremler içeriyorlardı ve sadece onları yeniden doldurulmak üzere iade eden restoranlar tarafından kullanılıyordu. Bu tip aerosol ambalajların seri üretimi sadece 1958'de başladı.

Aerosol gıda ambalajı üç ana gruba ayrılabilir:

düşük sıcaklıkta depolama gerektiren ambalaj;

müteakip ısıl işlemle paketleme;

daha fazla ısıl işlem görmeden paketleme.

Aerosol ambalajlarda üç tip gıda ürünü üretilir: kremler, sıvılar, macunlar. Aerosol ambalajlarda salata sosları, işlenmiş peynir, meyve suları, tarçın, mayonez, domates suyu, %30 krem ​​şanti vb. satın alabilirsiniz.

Gıda aerosollerinin üretimindeki büyüme aşağıdakilerle açıklanmaktadır:

geleneksel ambalaj türlerine göre avantajlar;

yeni itici gazların geliştirilmesi;

dolum teknolojisinde iyileştirme.

Gıda aerosol ambalajının avantajları:

Kullanım kolaylığı;

zaman kazanmak;

gıda tüketime hazır halde paketlenir ve paketten homojen bir biçimde dağıtılır;

ürün sızıntısı yok;

nem kaybolmaz ve ambalajın içine girmez;

aroma kaybolmaz;

ürün steril tutulur.

Gıda aerosol formülasyonlarına aşağıdaki gereksinimler uygulanır:

1. İtici gazlar yüksek saflıkta, toksik olmayan, tatsız ve kokusuz olmalıdır. Şu anda karbondioksit, azot oksit, azot, argon ve C318 freon kullanılmaktadır.

2. Sulu çözeltilerde çözünürlüğü çok sınırlı olan sıkıştırılmış gazlar, krem ​​şanti, dekoratif kremler, köpükler vb. için gerekli olan köpük oluşumuna katılamazlar. çok daha pahalıdır.

Tablo 18.4 Çeşitli gıda aerosollerinin örnek formülasyonları

3. Freonların kullanılması bir avantaj daha sağlar: köpük şeklinde salınan ürünlerin formülasyonlarına sıvılaştırılmış gazlar, nispeten küçük bir hacim işgal ederken, ağırlıkça %10'dan fazla olmayan bir miktarda verilir. Bu, silindire önemli ölçüde daha fazla ürün yüklemenizi sağlar - silindir kapasitesinin %90'ı (sıkıştırılmış gazlı paketlerde, sadece %50) ve ürünün paketten tamamen ayrılmasını garanti eder.

4. İtici gaz seçimi, tipe göre belirlenir. gıda ürünü ve verilmesinin amaçlanan şekli (krem, sıvı, macun). Yüksek saflıkta CO2 ve azot oksit karışımları kendilerini kanıtlamıştır. Köpük elde etmek için azot oksit ile C318 freon karışımları kullanılır. Bu karışımla paketlenmiş pasta süsleme kremi, rengi iyi tutan sabit bir köpük üretir. Şuruplar için CO2 en uygun itici gaz olarak kabul edilir.

İçeriğin silindirden dağıtılmasının kalitesi aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

Ürün hazırlama teknolojileri;

Stabilizatör (mikrokristalin selüloz yaygın olarak kullanılır);

Doğru silindir ve valf seçimi.

Tarçın ve limon suyu için, ürünleri isteğe göre damla veya jet şeklinde dağıtabilen kontrol edilebilir bir sprey başlığı geliştirilmiştir. Yapay tatlandırıcılar için dozaj valfleri kullanılır, dağıttıkları bir doz bir parça biçilmiş şekere, vb. karşılık gelir.

AEROSOL TAŞIMACILIĞI

Pnömatik taşıma, otomasyonun tanıtılması, işgücü verimliliğinin artırılması ve maliyetlerin düşürülmesi için koşullar yaratan un öğütme, tahıl, yem endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, pnömatik taşımanın kullanılması, büyük hacimli havayı hareket ettirmek için büyük bir elektrik harcaması ile ilişkilidir (1 kg hava, 5-6 kg dökme malzemeyi hareket ettirir).

Daha ilerici, taşımanın başlangıcında unun havalandırması ve yüksek hava basıncı nedeniyle hava akışında yüksek bir malzeme konsantrasyonunun elde edildiği aerosol taşımadır. Havalandırma, un tanecikleri arasındaki yapışmayı kırar ve bir sıvı gibi akışkanlık özelliği kazanır, bunun sonucunda 1 kg hava, 200 kg una kadar hareket eder.

Aerosol taşıma tesisi bir besleyici, bir süper şarj cihazı, bir malzeme boru hattı ve bir boşaltıcıdan oluşur. Ana eleman, malzeme ile havanın karıştırıldığı ve karışıma malzeme boru hattına beslenmesini sağlayan bir başlangıç ​​hızının verildiği besleyicidir.

Aerosol taşımanın tanıtılması, değirmenlerin verimliliğini artırmayı ve spesifik güç tüketimini azaltmayı mümkün kılıyor.

Aerosol taşımacılığı sadece un değirmenciliğinde değil, aynı zamanda dökme malzeme ve tozların kullanımıyla ilgili diğer endüstrilerde de gelecek.

Aerosoller, katı parçacıkların veya sıvı damlacıkların bir gaz (S/G veya L/G) içinde süspanse edildiği mikroheterojen sistemlerdir.

İle toplama durumu dağılmış fazlı aerosoller alt bölümlere ayrılır: sis (W/G); duman, toz (T/G); duman [(W+T)/G)].

Dispersiyona göre aerosoller şunlardır: sis, duman, toz.

Diğer mikroheterojen sistemler gibi, aerosoller de gerçek çözeltilerden (yoğunlaştırma yöntemleri) veya kaba sistemlerden (dağılma yöntemleri) elde edilebilir.

Sislerdeki su damlacıkları her zaman küreseldir, parçacıklı duman ise farklı şekil kökenlerine bağlı olarak.

Dağınık fazın parçacıklarının çok küçük boyutu nedeniyle, adsorpsiyon, yanma ve diğer kimyasal reaksiyonların aktif olarak ilerleyebileceği gelişmiş bir yüzeye sahiptirler.

Aerosollerin moleküler-kinetik özellikleri şunlardan kaynaklanmaktadır:

dağılmış fazın partiküllerinin düşük konsantrasyonu; dispersiyon ortamının düşük viskozitesi; dispersiyon ortamının düşük yoğunluğu.

Dağınık fazın partiküllerinin boyutuna bağlı olarak, bunlar ya hızla çökebilir (r » 1 µm'de) veya kabın duvarlarına yapışabilir veya birbirine yapışabilir (r » 0.01 µm'de). Orta büyüklükteki partiküller en yüksek stabiliteye sahiptir.

Aerosoller, termoforez, termopresipitasyon, fotoforez fenomenleri ile karakterize edilir.

Aerosollerin optik özellikleri, liyosollerinkilere benzer; ancak, bunlar tarafından ışığın saçılması, dağılmış fazın ve dispersiyon ortamının kırılma indislerindeki büyük farklılıklar nedeniyle çok daha belirgindir.

Aerosollerin elektriksel özelliklerinin özgüllüğü, DES'in parçacıklar üzerinde görünmemesi, parçacıkların yükünün rastgele ve büyüklük olarak küçük olmasıdır. Parçacıklar birbirine yaklaştığında elektrostatik itme oluşmaz ve hızlı pıhtılaşma meydana gelir.

Aerosollerin yok edilmesi, önemli konuçökeltme, pıhtılaşma, toz toplama ve diğer yöntemlerle gerçekleştirilir.

Tozlar, dağılmış fazın katı parçacıklar olduğu ve dağılım ortamının hava veya başka bir gaz olduğu yüksek oranda konsantre dağılmış sistemlerdir. Sembol: T/G.

Tozlarda, dağılmış fazın parçacıkları birbirleriyle temas halindedir. Geleneksel olarak, dökme malzemelerin çoğuna tozlar denir, ancak dar anlamda, "tozlar" terimi, parçacık boyutu belirli bir kritik değerden daha küçük olan ve parçacıklar arası etkileşimin kuvvetlerinin kütle ile orantılı hale geldiği yüksek oranda dağılmış sistemler için kullanılır. parçacıkların kütlesi. En yaygın olanı, partikül boyutları 1 ila 100 mikron arasında olan tozlardır. Bu tür tozların spesifik arayüzey yüzey alanı, 11 Eylül 2011'de (kurum) birkaç dakikadan m2/g fraksiyonlarına (ince kumlar) kadar değişir.

Tozlar, katı dağılmış faza (ayrıca T/G) sahip aerosollerden çok daha yüksek katı partikül konsantrasyonu ile farklıdır. Toz, çökelme sırasında katı bir dağılmış faza sahip bir aerosolden elde edilir. Süspansiyon (S/L) ayrıca kurutulduğunda toza dönüşür. Öte yandan, bir tozdan hem bir aerosol hem de bir süspansiyon yapılabilir.

TOZ SINIFLANDIRMASI

1. Parçacıkların şekline göre:

Eş eksenli (üç eksen boyunca yaklaşık olarak aynı boyutlara sahip);

Lifli (parçacıkların uzunluğu, genişlik ve kalınlıktan çok daha fazladır);

Düz (uzunluk ve genişlik, kalınlıktan çok daha fazladır).

2. Parçacıklar arası etkileşim ile:

Bağlı olarak dağılmış (parçacıklar birbirine bağlıdır, yani sistem belirli bir yapıya sahiptir);

Serbestçe dağılmış (kesilme direnci yalnızca parçacıklar arasındaki sürtünmeden kaynaklanır).

3. Dağınık fazın parçacık boyutuna göre sınıflandırma:

Kum (2≤10 -5 ≤ d ≤ 2∙10 -3) m;

Toz (2∙10 -6 ≤ d ≤ 2∙10 -5) m;

Toz (d< 2∙10 -6) м.

TOZ ÜRETİM YÖNTEMLERİ

Tozlar, tıpkı diğerleri gibi dağınık sistem, iki grup yöntemle elde edilebilir:

Kaba dağılmış sistemler adına - dispersiyon yöntemleriyle;

Gerçek çözümler tarafından - yoğunlaştırma yöntemleriyle.

Yöntem seçimi, malzemenin doğasına, tozun amacına ve ekonomik faktörlere bağlıdır.

DAĞILIM YÖNTEMLERİ

Hammaddeler merdane, bilyalı, titreşimli veya kolloid değirmenlerde ezilir, ardından fraksiyonlara ayrılır, çünkü öğütme sonucunda polidispers tozlar elde edilir (örneğin, aynı derecedeki un 5 ila 60 mikron arasında parçacıklar içerebilir).

Yüksek konsantrasyonlu süspansiyonların öğütülmesiyle verimli dağılım elde edilebilir.

Dağılımı kolaylaştırmak için yüzey aktif maddeler olan sertlik azaltıcılar kullanılır. Polarite eşitleme kuralına uygun olarak, ezilmiş katının yüzeyinde adsorbe edilerek azalırlar. yüzey gerilimi, dispersiyon sırasında enerji tüketimini azaltmak ve ezilmiş fazın inceliğini arttırmak.

Bazı durumlarda, malzemenin ön işlemi, dispersiyondan önce gerçekleştirilir. Böylece titanyum veya tantal hidrojen atmosferinde ısıtılır, hidritlere dönüştürülür, bunlar ezilir ve vakumda ısıtılır - saf metal tozları elde edilir.

Boyaların ve piroteknik bileşimlerin bir parçası olan pul tozları elde ederken, öğütme için bilyalı değirmenler kullanılır. Toplar, ezilmiş malzemenin parçacıklarını düzleştirir ve yuvarlar.

Refrakter metallerden (tungsten, molibden, niyobyum) küresel şekilli partiküllere sahip tozlar, bir arkın düşük sıcaklıktaki plazmasında ve yüksek frekanslı deşarjda elde edilir. Plazma bölgesinden geçen parçacıklar erir ve küresel bir şekil alır, ardından soğur ve katılaşır.

Dispersiyon sırasında malzemenin kimyasal bileşimi değişmez.

YOĞUŞMA YÖNTEMLERİ

Bu yöntemler iki gruba ayrılabilir.

İlk yöntem grubu, liyofobik sollerin pıhtılaşması nedeniyle parçacıkların birikmesi ile ilişkilidir. Çözeltinin buharlaşması veya çözücünün kısmen değiştirilmesi (çözünürlüğün azalması) sonucunda bir süspansiyon oluşur ve filtre edildikten ve kurutulduktan sonra tozlar elde edilir.

İkinci yöntem grubu, kimyasal reaksiyonlarla (kimyasal yoğunlaşma) ilişkilidir. Kimyasal yoğuşma yöntemleri, kullanılan reaksiyon tipine göre sınıflandırılabilir:

1. Elektrolitler arasında değişim reaksiyonları. Örneğin, reaksiyon sonucunda çökelmiş tebeşir (diş tozu) elde edilir:

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

2. Metallerin oksidasyonu.

Örneğin çinko oksidin ana bileşeni olan yüksek oranda dağılmış çinko oksit, çinko buharının 300°C'de hava ile oksidasyonu ile elde edilir.

3. Hidrokarbonların oksidasyonu.

Farklı çeşit Kauçuk, plastik, matbaa mürekkebi üretiminde kullanılan is, gaz veya sıvı hidrokarbonların oksijen eksikliği ile yakılmasıyla elde edilir.

4. Metal oksitlerin geri kazanımı.

Doğal gaz, hidrojen veya katı indirgeyici maddelerle indirgeme, yüksek oranda dağılmış metal tozları üretmek için kullanılır.

Ve çok daha fazlası, onsuz hayatın kendisi düşünülemez. Herşey insan vücudu insan fizyolojisine uyan belirli kurallara sıkı sıkıya bağlı olarak sürekli hareket halinde olan bir parçacık dünyasıdır. Kolloidal organizma sistemleri, belirli bir kolloidal durumu karakterize eden bir dizi biyolojik özelliğe sahiptir: 2.2 Kolloidal hücre sistemi. Kolloid-kimyasal fizyoloji açısından...

Aynı basınç altında ayrı termostatlı kaplara izin verin p gazlar var ANCAK ve AT imol miktarında alınır. Bu kaplar bağlandığında, sistemin tüm hacmi boyunca homojen bir gaz karışımı bileşimi oluşana kadar gazların kendiliğinden karışması meydana gelecektir. Başlangıç ​​gazlarının ve karışımlarının ideal gazların hal denklemlerine uyduğunu varsayacağız. Ardından, sabit bir toplam gaz basıncını korurken p Ortaya çıkan karışımdaki gazların kısmi basınçları eşit olacaktır

İdeal gazlar karıştırıldığında termal etkiler yoktur, bu nedenle gazlar ile termostat arasında ısı alışverişi olmaz ve sistemin entropisindeki değişim tamamen sistem içindeki süreçlerin tersinmezliği ile belirlenir.

Entropide istenen değişikliği bulmak için, sistemin aynı ilk ve son durumları arasında zihinsel bir denge geçişi ile tanımlanan kendiliğinden sürece karşı koymak gerekir.

Gazların dengeli karıştırılması için, kemostat adı verilen bir termostata benzetilerek özel bir varsayımsal cihaz kullanıyoruz. . Bu cihaz, sürtünmesiz hareket eden bir pistonla donatılmış, termostatik olarak kontrol edilen bir silindirden oluşur; silindirin tabanında sadece belirli bir birey için seçici olarak geçirgendir kimyasal zar; ikincisi, kemostata yüklenen tek tek maddeyi, başka bir kapta bulunan incelenen madde karışımından ayırır. İçine daldırılmış bir cismin belirli bir sıcaklığını korumak veya ikincisini bir denge modunda ısıtmak veya soğutmak için tasarlanmış bir termostatın aksine, bir kemostat belirli bir değeri korur. kimyasal potansiyel incelenen madde karışımındaki belirli bir maddenin yanı sıra, maddelerin karışımdan denge arzı ve çıkarılması. Kimyasal potansiyel i - bir kemostattaki kimyasal bileşen, sıcaklık tarafından benzersiz bir şekilde belirlenir T ve piston üzerindeki baskı. Piston üzerindeki basıncı değiştirerek, belirli bir bileşenin seçici membrandan geçiş yönünü değiştirmek mümkündür: eğer çalışılan karışımdaki bileşenin kimyasal potansiyeli ise, o zaman 'de madde beslenecektir. karışım, 'de, karışımdan uzaklaştırılacak ve 'de, kemostat ile karışım arasında kimyasal denge korunacaktır. Karışımın bileşimindeki yarı denge değişikliği, zarın her iki tarafındaki kimyasal potansiyel değerlerinde çok küçük bir farkın etkisi altında bir maddenin zardan difüzyon transferine karşılık gelir.

Bir ideal gazın kimyasal potansiyeli, bu gazın tek bir durumda mı yoksa diğer ideal gazlarla karışım halinde mi olduğuna bakılmaksızın, basit bir bağıntı ile ifade edilir, burada p i saf gazın basıncı veya karışımdaki kısmi basıncıdır. Bu nedenle, yarı geçirgen bir zardan ideal bir gaz aktarıldığında, karışım ile kemostat arasındaki denge, kemostattaki basınç ile karışımdaki gazın kısmi basıncının eşitliği ile karakterize edilir.

Pirinç. 2.3. Kemostatlar kullanılarak iki gazın denge karışımı: a sistemin başlangıç ​​durumudur; b– gazların izotermal genleşmesinden sonra sistemin durumu; içinde– gazların membranlardan karıştırılmasından sonraki son durum; 1 – bireysel gazlar için kemostatlar A ve B ; 2 – yarı geçirgen membranlar; 3 - gazların denge karışımı için kap.

İdeal gazların denge karışımı A ve B ayrı bileşenlerden oluşan iki kemostattan oluşan termostatik olarak kontrol edilen bir sistemde gerçekleştirilecektir. A ve B, üçüncü kaba bağlı - elde edilen karışımın, kemostatlar gibi hareketli bir pistonla donatılmış bir toplayıcısı (Şekil 2.3).

İlk anda kemostatların sırasıyla bileşenin mollerini içermesine izin verin. A ve bileşenin molleri B aynı basınç altında p ; karışım toplayıcıdaki piston sıfır konumundadır (pistonun altındaki gazın hacmi sıfırdır). Karıştırma işlemi iki aşamada gerçekleştirilir. İlk aşamada, gazların tersinir bir izotermal genleşmesini gerçekleştiriyoruz. A ve B; basınç sırasında A azaltıyoruz p ayarlanan basınç ve basınca kadar B sırasıyla p önceki . Birinci ve ikinci kemostatlarda gazların kapladığı hacimler sırasıyla ve ile arasında değişecektir. Birinci kemostatta genleşen gazın yaptığı iş, ; saniyede . Böylece, ilk aşamada, varsayımsal cihazımızda toplam iş gerçekleştirilir. İdeal bir gazın izotermal genleşmesi sırasında iç enerjisi değişmediğinden, termostattan eşdeğer ısı beslemesi nedeniyle belirtilen çalışma gerçekleştirilir. Bu nedenle, sistemdeki entropideki tersinir değişim şuna eşit olacaktır:

Prosesin ikinci aşamasında (gerçek karıştırma), gazları kemostatlardan seçici membranlardan üç pistonun senkronize hareketi ile karışım toplayıcıya geçiriyoruz. Aynı zamanda, pistonların her biri desteklenir sabit basınç, sırasıyla, hem kemostatlarda hem de gazların membranlardan denge geçişini sağlayan kollektörde (daha doğrusu, kollektörde biraz daha az olan bir basınç oluşturulur). p , sıfırdan farklı tutmak itici güç membranlardan difüzyon). Bu durumda karıştırma işleminin tersine çevrilebilirliği, üç pistonun hepsinin hareket yönünde senkronize bir değişiklik olasılığı ile sağlanır, bu da karışımın ayrı bileşenlere ters olarak ayrılmasına yol açar. İşlem tamamlandıktan sonra karışım, kollektörde açıkça hacim alacaktır.

İdeal gazlarda karışıma herhangi bir termal etki eşlik etmediğinden, işlemin ikinci aşamasında cihazımız ile termostat arasında ısı alışverişi yoktur. Sonuç olarak, bu aşamada sistemin entropisinde bir değişiklik yoktur.

İkinci aşamadaki gazların işinin sıfır olduğunu doğrudan hesaplama ile doğrulamak yararlıdır. Gerçekten de, kemostatlarda hareketli pistonlar üzerinde iş harcanırken, aynı zamanda gazlar tarafından kollektörde aynı miktarda iş üretilir. Buradan.

Bu nedenle, gazları karıştırırken entropideki toplam artış (2.9), ifadesi ile belirlenir. Karışımın denge varyantı altında, bu artış, ters ısı beslemesi ve eşdeğer miktarda iş üretimi ile ilişkiliyse, , daha sonra gazların doğrudan (ters çevrilemez) karıştırılmasıyla, sistem içindeki oluşumu nedeniyle aynı entropi artışı meydana gelir; sistem herhangi bir iş yapmıyor.

(2.8) yerine koyma işleminden sonra (2.9) ifadesi şu şekilde yeniden yazılabilir:

. (2.10)

Bu bağıntıya görünen paradoksu nedeniyle termodinamik derslerinde zorunlu bir yer verilmektedir. Entropideki değişim için (ideal gazları karıştırırken!) Neyin ne ile karıştırıldığı ve ayrıca hangi basınç ve sıcaklıkta önemli olmadığı dikkat çekicidir. Özünde, burada (2.10)'ın gayri resmi bir türevi vardır.

(2.10) türevini faydalı sonuçlarıyla tamamlayalım. Bileşenlerin mol kesirlerinin tanıtılması ve , elde edilen karışımın 1 mol'ü başına entropi değişimi için bir ifade elde ederiz:

. (2.11)

Bu fonksiyonun maksimumu, eşmolar gaz karışımına, 0,5'e düşer.

Madde karışımlarının ayrılması teorisi açısından, yeterince fazla sayıda mol bileşen eklendiğinde entropi üretimindeki değişikliği izlemek ilgi çekicidir. B bileşenin bir molüne A. (2.10) ve 'de varsayarsak, elde ederiz

(2.12) türetirken, logaritmik fonksiyonun matematiksel gösterimini kullandık.

.

Formül (2.12), karışımın ardışık seyreltmesine, safsızlık bileşeninin molü başına entropide sonsuz bir artış eşlik ettiğini gösterir.

Formül (2.10), sonlu miktarlarda gaz karıştırıldığında entropi artışının integral değerini verir. Isı transferi için formül (2.7)'ye benzer bir kompakt diferansiyel ifadeye ulaşmak için, bileşen karıştırma modelini değiştiriyoruz (bakınız Şekil 2.4). Karıştırmanın, her iki bileşene de geçirgen olan bir zar yoluyla veya karışımlarla dolu yeterince dar bir valf ayırma kapları yoluyla gerçekleştiğini varsayacağız. A ve B farklı kompozisyon. Sistem termostatik olarak kontrol edilir ve pistonlar vasıtasıyla her iki kapta da sabit basınç korunur. p . Sınırlı bir karıştırma oranı ile, kapların her birindeki karışımın bileşimi, kabın hacmi boyunca tek tip olarak kabul edilebilir. Böylece, bu sistem zayıf iletken bir bölmeye sahip bir ısı değişim sistemine benzer.

Bölüm 9. Gazları karıştırma hakkında genel bilgiler.

Bölümün amaç ve hedefleri:

Kurallar hakkında bilgi edinin yangın Güvenliği oksijenle çalışırken

Oksijenle çalışma ve kullanma kuralları hakkında bilgi edinin

"%40 kuralı"nın uygulanması hakkında bilgi edinin

Farklı gaz karıştırma sistemleri hakkında bilgi edinin.

Bu bölümdeki yeni terimler.

Yanıcı (yanıcı) üçgen

Oksijen uyumlu yağlayıcı

Adyabatik ısıtma (Dizel prosesi)

oksijen temizleme

%40 kuralı

Kısmi basınç karıştırma

Sabit akışlı karıştırma

Emicinin periyodik olarak temizlenmesi ile absorpsiyon

membran ayırma.

Dalışlarında zenginleştirilmiş karışımlar kullanan bir dalgıç olarak bu karışımları elde edebilmelisiniz. Nitroksu kendiniz nasıl hazırlayacağınızı bilmenize gerek yoktur, ancak nitroks kullanırken nasıl hazırlandıklarını anlamalı ve ekipmanınızın temizlik gereksinimlerinin farkında olmalısınız. Bu bölümde yaygın olarak kullanılan zenginleştirme yöntemlerinden bazıları gözden geçirilmiş ve avantaj ve dezavantajları tartışılmıştır. Soluduğunuz karışım doğru oksijen içeriğine sahip olmalıdır.

1. Oksijenle çalışma ve çalışma.

Oksijen inanılmaz bir gazdır. Hem dost hem düşman olabilir. Tüplü kullanım için gazları karıştırırken, operatör yüksek basınçlı karışımın uygun oksijen içeriğini elde etmelidir. Bu, saf oksijeni nitrojen veya hava ile karıştırarak veya havadaki nitrojenin bir kısmını uzaklaştırarak yapılabilir. ana problem oksijeni yüksek basınç altında karıştırırken - yangın tehlikesi. Tamamen oksitlenmeyen herhangi bir şey - bu neredeyse her şey anlamına gelir - bir ateşleme kaynağı mevcut olduğunda yüksek basınçlı oksijende yanacaktır. Karışımları kullanırken bazı riskler vardır, ancak saf sıkıştırılmış oksijeni kullanırken çok daha büyük bir risk vardır. Zenginleştirilmiş karışımları kullanan bir dalgıcın saf oksijenle başa çıkması gerekmez, ancak dalgıç faaliyetleri daha karmaşık ve genişledikçe oksijen kullanıldığı için ilişkili risk faktörlerini biraz anlamış olmalıdır.

2. Yanıcı (yangın tehlikesi) üçgeni.

Bir yangını önlemek için hangi bileşenlerin yangına neden olduğunu ve yangını sürdürdüğünü bilmek gerekir. Bu bileşenler şekilde gösterilmiştir.

sözde "yanıcı veya yangın tehlikesi olan üçgen" şeklinde. Yangın, yakıt ve oksijen (oksitleyici) arasında yalnızca bir ateşleme kaynağının (ısı) varlığında meydana gelebilen hızlı bir kimyasal reaksiyondur. Oksidasyon, örneğin paslanma sürecinde olduğu gibi, ateşleme olmadan da devam edebilir. Bir ateşleme kaynağı (ısı) olduğunda yangın meydana gelir. sırasında ateşlemeden sonra Kimyasal reaksiyon yanma, daha fazla yanmayı destekleyen enerji (ısı) açığa çıkar. Bileşenlerden birini (yakıt, oksijen, tutuşturma kaynağı) çıkarırsak yangın çıkmaz. Bu nedenle, üç bileşenin tümü aynı anda mevcut değilse, tutuşma engellenecektir. Alev zaten mevcutsa, bileşenlerden birinin çıkarılması alevin sönmesine neden olur. Bunlar yangınla mücadele teorisinin temelleridir. Bir diğer önemli nokta ise yangının varlığını sürdürebilmesi için yayılması gerektiğidir. Bazen ateşi yayma arzusu, yukarıdaki "üçgenin" başka bir bileşeni olarak bile eklenir.

3. Oksijen.

Aşağıda tartışılan durumlarda oksijen, havadaki konsantrasyonundan daha yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Bu, "yanıcı üçgen" içindeki oksitleyici maddenin varsayılan olarak her zaman mevcut olduğu ve bu "yangın formülünden" çıkarılamayacağı anlamına gelir. Herkes, uygun koşullar altında atmosferik oksijenin yanma reaksiyonuna aktif olarak katılabileceğini bilir, bu nedenle daha yüksek bir konsantrasyonunun yalnızca riski artırabilmesi şaşırtıcı olmamalıdır. Ayrıca, havadaki artan oksijen içeriğinin, inert gazın azaltılmış içeriği anlamına geldiği unutulmamalıdır. Bu ve diğer bazı nedenlerden dolayı, yanma yoğunluğu oksijen yüzdesine doğrusal olarak bağlı değildir. Hem karışımdaki oksijen yüzdesine (payına) hem de kısmi basıncına bağlıdır ve bu parametrelerdeki artışla önemli ölçüde artar.

4. Yakıt.

Bu paragrafta gazın solunum için kullanılmasını sağlayan gaz sisteminde bulunan yakıttan bahsedeceğiz. Yüksek oksijen basınçlarında, bir yangın durumunda, sistemin kendisi kimyasal reaksiyon için bir yakıt haline gelebilir, ancak yangını başlatmak için daha kolay yanıcı bir şeye ihtiyaç vardır. Sistemin ayrı bir parçası, solvent, yağlayıcı, sistemin yumuşak bileşenleri (kauçuk, plastik) olabilir.

Gaz sistemlerinde bulunan bazı yakıt türleri, normal koşullar altında pratik olarak yanıcı olmayabilir ve oksijenle zenginleştirilmiş ortamlarda çok yanıcı olabilir. Bu yakıt türleri arasında silikon yağı, silikon kauçuk, neopren, kompresör yağlayıcıları, plastik ve metal talaşları ve çapaklar, organik madde ve malzemeler, çeşitli nitelikteki tozlar, hatta kasnak üzerindeki gres bulunur. Belki de en tehlikeli yakıtlar yağlayıcılardır. Silikonun (belki de egzotik isminden dolayı) oksijenle kullanıldığında güvenli olduğuna dair yaygın bir yanlış kanı vardır. Aslında öyle değil. Christo-lube, Krytox, Halocarbon gibi özel oksijen uyumlu yağlayıcılar vardır. Oksijen açısından zengin bir ortamda kullanılması gereken bu kendinden yağlayıcılardır.

5. Ateşleme.

Bazı tutuşturma kaynakları açıktır, ancak bunların çoğu gaz sisteminin dışındadır ve burada ele alınmamıştır. Bir sistem içindeki iki ana ateşleme kaynağı, sistemden geçerken gazın sürtünmesi ve sıkıştırılmasıdır. "Sürtünme" terimi burada genel anlamda kullanılmaktadır: gaz akışında herhangi bir parçacığın bulunması veya gaz akışının kendisinin hareketi ve gaz boru hatlarının köşeleriyle veya diğer engellerle çarpışması anlamında . Silindirin ısınmasına neden olan başka bir olay da yangına neden olabilir (yeterli miktarda ısı açığa çıkarsa). Bu, bujisi olmayan bir dizel motordaki yakıtı tutuşturan etkinin aynısıdır. Bu etkiye "adyabatik ısıtma (Dizel işlemi)" denir.

Gaz sıkıştırması sırasında silindir valfinin aniden açılıp kapanması, sıcaklığın tutuşma noktasına kadar yükselmesine ve gaz akışında kirletici maddeler varsa, ateşlemenin kendisine neden olabilir. Bu nedenle kompresörler hızlı değiştirme valfleri ("küresel valfler") kullanmazlar.

6. Oksijen sistemlerinin kullanımı.

Bu bölümdeki önemli nokta, sistem tasarımı ve kullanımında belirli kurallara uyularak oksijen kullanımındaki riskin en aza indirilebileceğidir. Özellikle bundan kaçınmak önemlidir. keskin köşeler ve hızlı değiştirme valfleri ve uygun malzemeleri kullanın. Hava sistemleri yapmak için kullanılan metaller oksijen sistemleri yapmak için de uygundur. Contalar, esnek bağlantılar, diyaframlar gibi "yumuşak parçalar" ise oksijen uyumlu olanlarla değiştirilmelidir. Bazı durumlarda, ana kriter oksijende daha az yanıcılıktır, ancak çoğu durumda yüksek basınç altında oksijene karşı direncin artmasıdır. Hava ekipmanını nitroks kullanımı için ekipmana dönüştürmek için özel kitler mevcuttur.

Özellikle ekipmanın temizliğinin doğru yapılması ve ekipmanın temiz tutulması, uygun yağlayıcıların kullanılması, gazların tutuşmaya neden olmayacak şekilde ele alınması, valflerin yavaş ve düzgün bir şekilde açılması gerekmektedir.

7. Oksijenle kullanım için temizleme ekipmanı. Ekipman temizliği ile ilgili bazı hususlar.

"Oksijen temizliği" kavramı, eğlence amaçlı dalgıçların saflarında bazı karışıklıklara neden olur. Bunun nedeni, ekipmanın %21 ila %40 oksijen içeren karışımlarla kullanım için temizlenmesi gerekip gerekmediğinin tam olarak belli olmamasıdır. Bu sorun daha derine iner: %21 (hava) ila %100 (saf oksijen) aralığında bir miktar orta miktarda oksijen içeren karışımları işlemek için gelişmiş ve standartlaştırılmış endüstri prosedürleri yoktur. Standartlar yalnızca saf oksijenin işlenmesi için mevcuttur; bu nedenle, %21'den fazla oksijen içeren herhangi bir karışım, mevcut standartlar açısından saf oksijene eşdeğerdir. Bu nedenle, tüm işlemlerin endüstri standartlarına uygun olarak gerçekleştirilmesi için zenginleştirilmiş herhangi bir karışımın saf oksijen olarak işlenmesi gerekir.

Sıkıştırılmış Gaz Birliği (CGA), Ulusal Yangından Korunma Derneği (NFPA), NASA ve bir dizi başka kuruluş, konsantrasyonlar arasındaki gazların saf oksijen olarak ele alınmasını önermektedir. Bu, bu konsantrasyon aralığında herhangi bir çalışma yaptıkları anlamına gelmez. Bu sadece endüstriyel olarak geliştirilmiş ve kabul edilmiş normların olmadığını ve bu kuruluşların muhafazakar bir duruş sergilemeyi tercih ettiğini gösteriyor. Öte yandan ABD Donanması, %40'a kadar oksijen karışımlarının elleçleme amacıyla hava olarak işlenebileceğini belirten prosedürler geliştirmiştir. Bu sonucun doğru olduğunu gösteren hiçbir test sonucu yayınlanmamıştır, ancak bu yaklaşım uzun yıllardır uygulanmaktadır ve bu konuyla ilgili herhangi bir olay bildirilmemiştir. NOAA, zenginleştirilmiş karışımlarla çalışırken bu konsantrasyon sınırını benimsemiştir; NAUI, genel olarak da, ancak bazı sınırlamalarla.

Basınçlı havayı temizleyin.

"Temiz hava" kavramıyla ilgili bir başka kafa karışıklığı da ortaya çıkıyor. Çeşitli dernekler ve kuruluşlar (CGA, ABD Donanması) tarafından kullanılan farklı solunum gazı saflığı "dereceleri", zenginleştirilmiş gaz saflığı söz konusu olduğunda kafa karıştırıcıdır. Standartlar, sıkıştırılmış havada bir miktar yağ buharına (hidrokarbonlar) izin verir (tipik olarak 5 mg/m3). Bu miktar solunum açısından güvenlidir, ancak sıkıştırılmış oksijenle çalışırken yangın açısından tehlikeli olabilir.

Bu nedenle, saf oksijen ile karıştırmaya uygunluğunu belirleyen genel kabul görmüş ve üzerinde anlaşmaya varılmış hava saflığı dereceleri yoktur. Endüstri standartları yasa koyucuları, hidrokarbon seviyesinin 0.1 mg / cu seviyesinde olduğu konusunda hemfikirdir. m, "oksijenle daha fazla karıştırılması gereken" hava için kabul edilebilir olarak kabul edilebilir. Son birkaç yılda, bu gereksinimleri karşılayan basınçlı hava üretmek için filtre sistemleri (resimde) mevcut hale geldi. Havanın yağlayıcıyla temasını önleyen kompresörler elbette daha iyi bir iş çıkarır, ancak önemli ölçüde daha pahalıdırlar.Oksijen temizliğine resmi bir yaklaşım.

"Oksijen temizliği" ifadesi, endüstriyel uygulamasının oldukça katı prosedürlere uyulmasını gerektirmesi nedeniyle de korkutucu geliyor. Periyodik olarak gerçekleştirilen bu prosedürler, CGA ve diğer kuruluşlar tarafından yayınlanmaktadır. Sıkıştırılmış oksijenle çalışırken güvenliği sağlamak için tasarlanmıştır.

NAUI, saf oksijen veya 200 psi'den (yaklaşık 13 atm) daha yüksek basınçlarda %40'tan fazla oksijen içeren karışımlarla kullanılması amaçlanan herhangi bir ekipmanın oksijenle uyumlu olması ve oksijenle kullanım için saflaştırılması gerektiğini belirtir. Silindir, regülatörün ilk kademesi ve tüm hortumlar temizlenmelidir. Bazı ekipman parçaları, özel kitlerdeki bileşenler kullanılarak bu karışımlarla çalışacak şekilde dönüştürülebilir.

8. Oksijen temizliğine resmi olmayan yaklaşım: "%40 kuralı"

Resmi testlerin olmamasına rağmen, sözde "%40 kuralı" dalış endüstrisinde oldukça başarılı bir şekilde uygulanmış ve uygulanması herhangi bir sorun ortaya çıkarmamıştır. Dalış karıştırma sistemlerinde çok sayıda yangın meydana geldi, ancak bunlar daha yüksek oksijen konsantrasyonlarından kaynaklandı.

NAUI bu kuralı kabul eder, ancak ekipmanın oksijenle temizlenmesini ve oksijenle uyumlu yağlayıcılar kullanmasını gerektirir. Bu yaklaşım resmi olandan daha az katıdır, ancak doğru yapıldığında çok etkilidir. Temizlik kalifiye teknisyenler tarafından yapılmalıdır.

Ekipman tüm görünür kir ve yağlardan temizlenmeli, ardından fırça veya güçlü bir deterjan kullanılarak ultrasonik olarak temizlenmelidir. sıcak su. Joy gibi ev kullanımı için iyi sıvı temizleyiciler. Temizlik, tabaklardan ve gümüş çatal bıçaklardan beklenenden daha kötü olmamalıdır. Kuruduktan sonra, yumuşak bileşenler oksijen uyumlu olanlarla değiştirilmeli, ardından ekipman oksijen uyumlu bir yağlayıcı ile yağlanmalıdır.

Temizlendikten sonra ekipman sadece zengin karışımlar için kullanılmalı ve basınçlı hava ile kullanılmamalıdır, aksi takdirde tekrar temizlenmesi gerekecektir.

9. Zenginleştirilmiş karışımların hazırlanması.

Bir gaz karıştırma sistemi oluşturmak için geleneksel şema, havaya bir şekilde oksijen eklenmesine dayanmaktadır. Son zamanlarda geliştirilen ve kullanıma sunulan, havayı farklı bir şekilde zenginleştiren iki yeni yöntem - nitrojeni uzaklaştırarak. Bu paragrafta, oksijen ilaveli 3 yöntem ele alınacaktır: ağırlıkça karıştırma, kısmi basınçların karıştırılması, sabit akışla karıştırma; ve 2 nitrojen uzaklaştırma yöntemi: emicinin periyodik olarak temizlenmesi ile absorpsiyon, membran ayırma (Ballantyne ve Delp, 1996).

Kullanılan gaz karıştırma sisteminin türü, silindir doldurma prosedürlerini ve elde edilen karışımdaki olası oksijen konsantrasyonlarının aralığını belirlediğinden son kullanıcı için önemlidir.

Gazların ağırlıkça karıştırılması.

Bileşimi doğru olan karışımları elde etmenin en basit ve en güvenilir yöntemi hazır karışımları satın almaktır. Endüstriyel gaz üreticileri genellikle saf oksijen ve hava yerine saf oksijen ve saf nitrojeni karıştırır.

Gazlar ağırlıkça karıştırılır. Bu, gazların davranışındaki ideal olanlardan farklılıklarından kaynaklanan birçok anormalliği görmezden gelmeyi mümkün kılar ve karışımların çok doğru bir gaz bileşimini sağlar. Karıştırma şişelerde, teneke kutularda veya tanklarda yapılabilir. Küçük değişiklikleri büyük bir ağırlıkla ölçebilmeleri gerektiğinden, çok pahalı olan doğru terazilere sahip olmak gerekir. Bu gaz karıştırma yöntemi en doğru olanıdır ve elde edilen karışımlar, beyan edilen gerçek bileşime uygunluk açısından dikkatlice analiz edilir. Bu tür karışımları formüle ederken, endüstriyel şirket saf oksijen kullanmak zorunda kalır, ancak karışım perakendecisi bundan kaçınabilir. Bu yöntem oldukça pahalıdır ve karışımları depolamak için kullanılan kapların karışımların tedarikçisine ait olması ve dolayısıyla karışımların satıcısı tarafından kiralanması nedeniyle maliyeti artar.

Kısmi basınçları karıştırma.

Yöntemin adından da anlaşılacağı gibi, kısmi basınçların oranına dayanmaktadır. Teknisyen, silindiri önceden belirlenmiş miktarda oksijenle (basınçla ölçülür) doldurur, ardından istenen son basınca kadar ultra saf havayla yeniden doldurur. Oksijen, tüp hala boşken pompalanır, bu da prosedürün yangın tehlikesini azaltır, çünkü dolu silindirin tam basıncında oksijeni manipüle etmeye gerek yoktur. Saf oksijen kullanıldığı için doldurulan silindir dahil tüm sistem oksijen uyumlu ve temiz olmalıdır. Basınç sıcaklığa bağlı olduğundan ve doldurma sırasında balon ısındığından, basıncı ölçerken ya balonun soğumasını beklemelisiniz ya da sıcaklığın etkisini dikkate almalısınız. Bileşimin son ayarı genellikle silindirin son soğutulmasından sonra yapıldığından, karışımı hazırlama sürecinin tamamı oldukça uzun zaman alır. Bu işlem aynı zamanda bilinen bir bileşimin bir karışımıyla bir kabı aynı veya farklı tanımlanmış bir bileşimin bir karışımına doldurmak için de kullanılabilir.

Hava, tüplü tankları ilave sıkıştırma olmadan doldurmak için yeterli bir basınçta sağlanıyorsa, bu yöntemle karıştırma için bir kompresör gerekli değildir. Doldurma silindirleri kümesinin kullanımını en üst düzeye çıkarmak için, ilk önce en düşük basınçlı doldurma silindirinin, ardından silindirin en düşük basınçlı olarak kullanılmasından oluşan "kaskad teknolojisi" kullanılır. büyük baskı ve benzeri. Bazen yöntemin kendisine "kaskad karıştırma yöntemi" denir.

Kompresörler de bu yöntemde sıklıkla kullanılmaktadır. Yağlı yağlama kullanmamalı veya oksijenle karıştırmaya uygun ultra yüksek saflıkta hava sağlamalıdır. Bir silindire hava pompalamanın başka bir yolu, pistonları bir eksantrik miline bağlı olan farklı çaplarda bir dizi silindirde havayı sıkıştıran bir pnömatik pompa kullanmaktır. En popüler modellerin ateşi - Haskel.

Kısmi basınçlı karıştırma, çeşitli eğlence ve teknik dalış amaçları için küçük hacimlerde birçok farklı karışım hazırlayan dalış merkezleri arasında çok popülerdir, bunlara oksijen içeriği %40'tan fazla olan karışımlar dahildir. Bu durumda, sistem maliyetinin önemli bir kısmı yüksek hassasiyetli bir basınç göstergesidir. Bu durumda pnömatik pompa kullanımı çok etkilidir. Bu yöntem uzak dalış alanlarında kullanılır. Oksijen düşük basınçta eklendiğinden, bazı teknisyenler oksijen tüplerini temizlemez. Bu uygulamadan kaçınılmalıdır: Tüp her zaman oksijenle kullanılmak üzere temizlenmelidir.

10.Sabit akışla karıştırma.

Bu yöntem (ortam havası yükleme yöntemi olarak da adlandırılır) NOAA (1979, 1991) tarafından öncülük edilmiştir ve en kullanıcı dostu yöntemdir (Şekil 9-7). Bu yöntemde, kompresöre giren giriş hava akımına düşük basınçta oksijen, yüksek derecede yağ buharı giderme ile eklenir. Çıkış akışı, bileşim için sürekli olarak analiz edilir ve bu analizin sonucu, buna göre giriş akışına oksijen karışımını ayarlamak için kullanılır. Çıkış akımı, karışımı ayarlarken doldurma silindirleri sırasını atlayabilir. Karışım, doldurma silindirlerine pompalandıktan sonra, baypas veya bir hava pompası kullanılarak tüplü tüplere aktarılabilir. Sabit akışlı bir tesiste, PSA emicinin periyodik olarak temizlendiği bir absorpsiyon alt sistemi de oksijen kaynağı olarak kullanılabilir.

Bir hava besleme hortumu aracılığıyla ticari dalgıçlara hava sağlayan başka bir sabit akışlı kurulum sınıfı daha vardır. Bu tür tesisler, karışımın bileşiminin sabitliğini izlemek için araçlara sahiptir - çeşitli akış ölçerler ve düzenleyiciler. Çıkış basınçları genellikle 200 psi'den (13 atm) daha düşük bir bölgededir.

11. Emici maddenin (PSA) periyodik temizliği ile emilim.

Bu yöntem, gözenekleri çok geniş bir yüzey alanı sağlayan sentetik gözenekli kil benzeri bir malzeme olan "moleküler elek" adı verilen bir malzemenin kullanımına dayanmaktadır. Bu yüzey gazları adsorbe eder ("adsorb", "yüzeyde absorbe etme" anlamına gelir). Azot oksijenden daha hızlı adsorbe edilir, bu nedenle adsorbandan geçen hava oksijence zenginleşir (daha doğrusu nitrojen bakımından daha fakir). Hava akışının değiştirildiği iki adsorpsiyon plakası kullanılır. Akış bir plakaya yönlendirildiğinde, nitrojeni emer, bu sırada ikinci plaka daha önce adsorbe edilen nitrojenden arındırılır. Sonra plakalar rolleri değiştirir.

Plakaları temizleme basıncını ve sıklığını değiştirerek, çıkış karışımındaki oksijen içeriğinin farklı değerlerini elde etmek mümkündür. Ulaşılabilir maksimum oksijen içeriği %95, gerisi argondur. Argon, bu tür adsorbanla ilgili olarak neredeyse oksijen gibi davranır (yani adsorbe edilmez), bu nedenle çıkış karışımında, giriş havasındaki oksijenle hemen hemen aynı oranda bulunur. Bu argonun dalgıç üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

Bu tür bitkiler yüksek basınç altında oksijene ihtiyaç duymazlar, ancak satın alma ve bakım açısından karmaşık ve oldukça pahalıdırlar; atık, oksijen uyumlu temizlenmiş bir kompresör veya pnömatik pompa (resimde) kullanılarak silindirlere pompalanmalıdır.

12. Membran ayırma.

Bu yöntem, içinden temiz hava geçtiğinde oksijen moleküllerini nitrojenden daha iyi geçiren bir zarın kullanımına dayanmaktadır. Çıkış karışımı böylece oksijenle zenginleştirilir ve oksijen konsantrasyonu giriş akımı tarafından belirlenir. Ticari olarak temin edilebilen sistemlerde maksimum ulaşılabilir oksijen içeriği değeri yaklaşık %40'tır. Aynı teknoloji, bu arada, helyum çıkarmak için ve diğer bazı işlemlerde kullanılıyor.

PSA ünitelerinde olduğu gibi yüksek basınçlı oksijen kullanımına gerek yoktur. Atık, oksijen uyumlu temizlenmiş bir kompresör veya pnömatik pompa kullanılarak silindirlere pompalanmalıdır. Membran sistemleri oldukça güvenilirdir ve giriş akımının saflığının yeterli olması şartıyla fazla bakım gerektirmez.

gazlar Arşiv

Hidrojen ve oksijenden oluşan bir gaz karışımı, eğer onlara kütle kesirleri 1 ve 2 sırasıyla eşittir ... bireyi karakterize eden parametreler özelliklerigaz, ve dolayısıyla... T=400 K. 8 BÖLÜM 1 MEKANİĞİN FİZİKSEL TEMELLERİ BÖLÜM 1 MEKANİĞİN FİZİKSEL TEMELLERİ...