Дисперсные системы туман сообщение

Обновлено: 05.07.2024

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

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

Размер частиц аэрозолей лежит в пределах от 10 -5 до 10 -2 см. Например, капельки обычного тумана имеют размер порядка 5-10-5 см, частицы табачного дыма — от 10-4 до 10 -3 см, природная пыль — от 10-4 до 10 -2 см.

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

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

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

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

Очень низкая вязкость и малая плотность газовой дисперсионной среды влияют на характер движения частиц в аэрозолях, на их молекулярно-кинетические свойства. Достаточно крупные частицы аэрозолей под действием силы тяжести должны были бы осесть, однако благодаря конвекционным потокам - воздуха они могут находиться долго во взвешенном состоянии, т. е. аэрозоли обладают своеобразной седиментационной устойчивостью.

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

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

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

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

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

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

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

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

Один из самых распространенных процессов в технике — это высушивание.

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

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

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

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

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

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

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

Наименование пыли	ПДК, г/м З	Наименование пыли	ПДК, г/м З
Мука пшеничная	35,3	Порошок какао	103,0
Мука ржаная	27,7	Пыль табачная	101,0
Мука ячменная	32,8	Пыль чайная	32,8
Крахмал картофель-	40,3	Пыль сахарная	8,9
ный	Шрот подсолнечный	7,6
Крахмал кукурузный	63,0	Шрот хлопковый	10,1
Глюкоза кристаллическая	15,0

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

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

Мелкие частицы можно отделить с помощью тканевых или волокнистых фильтров. В качестве фильтров обычно применяют хлопчатобумажные, синтетические или шерстяные ткани. Действие этих фильтров основано на механическом задержании частиц, не проходящих через поры ткани. Тканевые фильтры легко забиваются, поэтому их применяют для осаждения аэрозолей низкой концентрации. Волокнистые фильтры изготавливают из смеси шерсти или хлопка с асбестом, из стеклянной ваты и других материалов. Часто используют и специальную фильтровальную бумагу. Действие волокнистых фильтров сводится к инерционному осаждению на них частниц аэрозоля. Поток аэрозоля, проходя через фильтр и огибая волокна, непрерывно меняет свое направление, при этом частицы аэрозоля задерживаются на поверхности волокон. Разработаны фильтры из ультратонких волокон, способные отделять частицы размером 10 -4 см.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Пыли, дымы, туманы представляют собой аэрозоли.

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

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

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

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

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

Дисперсной системой называется смесь, состоящая из нескольких фаз (отдельных веществ). Фазы в дисперсной системе не взаимодействуют и не смешиваются.

Рассмотрим дисперсные системы с двумя фазами (двухфазные). Одно из веществ, которое присутствует в системе в меньшем количестве, называется дисперсной фазой, а второе (в большем количестве) – дисперсионной средой.

Отдельная фаза может быть в одном из трех состояний: твердом (Т), жидком (Ж) и газообразном (Г). Для комбинации двух фаз получаем девять возможных сочетаний. Их обозначают дробью. Числитель дроби относится к дисперсной фазе, а знаменатель – к дисперсионной среде.

Примеры.

Туман (капли воды в водяном паре) образует дисперсную систему Ж/Г. Бетон и металлокерамика относятся к твердым двухфазным системам (Т/Т).

Если частицы вещества, составляющего дисперсную фазу, имеют размер больше 100 нм, система называется грубодисперсной, в противном случае – тонкодисперсной. Если размер частиц в тонкодисперсной системе больше 1 нм, такая система называется коллоидной системой.

Коллоидные системы делятся на золи (Т/Ж) и гели (Ж/Т). Золи называют коллоидными растворами.К золям относятся многие клеи.

Тонкодисперсную систему с размером частиц менее 1 нм называют истинным раствором. Растворы относятся к гомогенным дисперсным системам, в которых (в отличие от гетерогенных систем) нет поверхности раздела между фазами.

Примеры.

Коллоидные и истинные растворы внешне очень похожи. Чтобы их отличить, можно воспользоваться эффектом Гиндаля. Если пропустить через кювету с раствором луч света, в коллоидном растворе образуется светящаяся дорожка в виде конуса.

Если частицы дисперсной фазы имеют одинаковые размеры, такие системы называются монодисперсными, в противном случае – полидисперсными. К полидисперсным относится большинство встречающихся в природе дисперсных систем.

Примером трехфазной системы можно считать молоко. Молоко можно рассматривать как систему, состоящую из трех веществ: жира, казеина и раствора молочного сахара в воде. Если молоко оставить стоять, то через некоторое время содержащийся в нем жир всплывает, образуя сливки. Казеин при добавлении небольшого количества уксуса (подкислении) выпадает в виде творога.

При определенных условиях в дисперсной фазе происходит процесс коагуляции, когда частицы слипаются и выпадают в осадок. Коагуляцию можно наблюдать при нагревании клеев. Студенистый остаток, остающийся после коагуляции золя, является гелем. Дисперсионная среда в геле образует трехмерную структуру в виде сетки.

При механическом воздействии, например, встряхивании, гель может снова стать золем. Такой процесс называется тиксотропией.

Коллоидные системы широко распространены в природе. Некоторые химики даже процесс возникновения жизни на Земле рассматривают как процесс изменения коллоидного состояния вещества.

Дисперсные системы

Иглокожими называют беспозвоночных животных. Часть из них свободно передвигается (морские звезды, ежи), хотя и ведут малоподвижный образ существования, а часть – прикрепляется ко дну (морские лилии). Обитают они только в морях и совершенно

Бесспорно, про этот город слышали буквально все. Его можно назвать центром мира. Именно здесь сосредоточено множество достопримечательности, различные учреждения от образовательных до культурных. Есть множество развлечений и мест,

Самый крупный вид из отряда зайцеобразных — заяц-беляк. Вес этого вида до 5 кг, а в длину тело может достигать до 65 см. Хвост — круглый, диаметром до 8 см. Уши — до 10 см. Самцы всегда мельче самок. Волоски,

Дисперсность тумана характеризуется распределением капель по размерам, а приближенно - средним радиусом капель ( стр. При гомогенной конденсации пара дисперсность зависит от условий образования зародышей и их конденсационного роста. Как уже упоминалось, радиус зародыша очень мал ( примерно 10 - 7 см), поэтому для того, чтобы зародыши превратились в достаточно крупные капли радиусом 10 - 5 - 10 - 3 см ( наиболее часто встречающиеся в производственной практике), они должны увеличиться в объеме в результате конденсационного роста в 10й - Ю12 раз. Столь значительное увеличение может произойти при достаточно длительном пребывании зародышей ( а затем и капель) в пересыщенном паре. К концу процесса образования зародышей образуется полидисперсный туман, поскольку в результате конденсационного роста радиус капель, образовавшихся в начале процесса, становится больше радиуса капель ( зародышей), образовавшихся в конце этого процесса. [3]

Дисперсность тумана определяют путем микрофотографирования проб атмосферы, полученных методом естественного осаждения капель на предметное стекло, помещенное на 0 5 мин в испытательную камеру. После изъятия из камеры стекло фотографируют 3 - 5 раз в различных местах: вверху, внизу и в середине. Сфотографированное изображение увеличивают проекционным аппаратом. Подсчитывают общее число капель данной пробы и число капель каждого размера. Нормальный туман в камере должен содержать 90 % капель размером 1 - 5 мкм. [4]

Дисперсность тумана , получаемого в струе, может регулироваться и другими способами. [6]

Дисперсность тумана определяется размером капель, из которых он состоит. Если радиус капель одинаковый, то такой туман называют монодисперсным. [7]

Дисперсность тумана , получаемого в струе, может регулироваться и другими способами. [9]

Дисперсность тумана определяют методом микрофотографирования. [10]

Поэтому дисперсность тумана , образующегося при гомогенной конденсации, зависит от количества пара, сконденсировавшегося на поверхности каждого зародыша. [12]

На дисперсность получаемого тумана влияет присутствие пыли, на которой происходит конденсация паров. Отсутствие пыли дает наиболее дисперсные системы, так как гари этом образуется максимальное число центров конденсации. [13]

Практический интерес представляет способ регулирования дисперсности тумана с помощью специального устройства, сущность которого показана на рис. 7.4. Сопло струи расположено в цилиндрическом коробе 2, который может передвигаться вдоль оси струи. Так как температура этого газа достаточно высокая и в нем содержатся капли тумана, процесс образования тумана в поле струи существенно изменяется: уменьшается пересыщение пара, а имеющиеся в газе капли служат центрами конденсации. [14]

Читайте также: