ანალიზის დალექვის მეთოდის არსი არის ნაწილაკების დალექვის სიჩქარის გაზომვა (ძირითადად თხევადი გარემოდან). და დასახლების სიჩქარის მნიშვნელობების გამოყენებით, გამოითვლება ამ ნაწილაკების ზომები და მათი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი. ეს მეთოდი განსაზღვრავს მრავალი ტიპის დისპერსიული სისტემის ნაწილაკების პარამეტრებს, როგორიცაა სუსპენზია, აეროზოლები, ემულსიები, ანუ ის, რაც ფართოდ არის გავრცელებული და მნიშვნელოვანია სხვადასხვა ინდუსტრიისთვის.
დისპერსიის კონცეფცია
სხვადასხვა წარმოების პროცესში ნივთიერებებისა და მასალების დამახასიათებელი ერთ-ერთი მთავარი ტექნოლოგიური პარამეტრი მათი სისუფთავეა. ის აუცილებლად მხედველობაში მიიღება ქიმიური ტექნოლოგიის აპარატის შერჩევისას, სხვადასხვა საკვები პროდუქტების წარმოებაში და ა.შ. ეს გამოწვეულია არა მხოლოდ იმით, რომ ნივთიერებების ნაწილაკების შემცირებით, ფაზების ზედაპირის ფართობი იზრდება და მათი ურთიერთქმედების სიჩქარე იზრდება, არამედ იმითაც, რომ ამ შემთხვევაში იცვლება სისტემის ზოგიერთი თვისება.. კერძოდ, ხსნადობა იზრდება, რეაქტიულობა იზრდებანივთიერებები, ფაზური გადასვლების ტემპერატურა მცირდება. ამიტომ საჭირო გახდა სხვადასხვა სისტემების დისპერსიის რაოდენობრივი მახასიათებლებისა და დანალექების ანალიზის პოვნა.
დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ არის დაკავშირებული ნაწილაკების ზომები დისპერსიულ ფაზაში, სისტემები იყოფა მონოდისპერსულ და პოლიდისპერსულად. პირველი შედგება ექსკლუზიურად იმავე ზომის ნაწილაკებისგან. ასეთი დისპერსიული სისტემები საკმაოდ იშვიათია და სინამდვილეში ძალიან ახლოსაა ნამდვილ მონოდისპერსულ სისტემასთან. მეორე მხრივ, არსებული დისპერსიული სისტემების დიდი უმრავლესობა პოლიდისპერსიულია. ეს ნიშნავს, რომ ისინი შედგება ზომით განსხვავებული ნაწილაკებისგან და მათი შინაარსი არ არის იგივე. დისპერსიული სისტემების დანალექი ანალიზის დროს განისაზღვრება ნაწილაკების ზომები, რომლებიც ქმნიან მათ, რასაც მოჰყვება მათი ზომის განაწილების მრუდების აგება.
თეორიული საფუძვლები
დალექვა არის ნაწილაკების დალექვის პროცესი, რომლებიც ქმნიან დისპერსიულ ფაზას აირისებრ ან თხევად გარემოში გრავიტაციის მოქმედებით. დანალექი შეიძლება შეიცვალოს, თუ ნაწილაკები (წვეთები) ცურავს სხვადასხვა ემულსიებში.
გრავიტაცია Fg მოქმედებს სფერულ ნაწილაკებზე შეიძლება გამოითვალოს ჰიდროსტატიკური კორექტირების ფორმულის გამოყენებით:
Fg=4/3 π r3 (ρ-ρ0) გ, სადაც ρ არის მატერიის სიმკვრივე; r არის ნაწილაკების რადიუსი; ρ0 - სითხის სიმკვრივე; g - აჩქარებათავისუფალი დაცემა.
ხახუნის ძალა Fη, აღწერილი სტოქსის კანონით, ეწინააღმდეგება ნაწილაკების დასახლებას:
Fη=6 π η r ᴠsed, სადაც ᴠsed არის ნაწილაკების სიჩქარე და η არის სითხის სიბლანტე.
დროის რაღაც მომენტში ნაწილაკები იწყებენ მუდმივი სიჩქარით დაბინძურებას, რაც აიხსნება მოწინააღმდეგე ძალების ტოლობით Fg=Fη, რაც ნიშნავს, რომ ტოლობა ასევე მართალია:
4/3 π r3 (ρ-ρ0) g=6 π η r ·ᴠ sed. მისი გარდაქმნით, შეგიძლიათ მიიღოთ ფორმულა, რომელიც ასახავს ურთიერთობას ნაწილაკების რადიუსსა და მის დასახლების სიჩქარეს შორის:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) გ)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
თუ გავითვალისწინებთ, რომ ნაწილაკების სიჩქარე შეიძლება განისაზღვროს, როგორც მისი H ბილიკის თანაფარდობა τ მოძრაობის დროს, მაშინ შეგვიძლია დავწეროთ სტოქსის განტოლება:
ᴠsat=N/t.
მაშინ ნაწილაკის რადიუსი შეიძლება დაუკავშირდეს მისი დამკვიდრების დროს განტოლებით:
r=K √N/t.
თუმცა, აღსანიშნავია, რომ დანალექების ანალიზის ასეთი თეორიული დასაბუთება მართებული იქნება მთელი რიგი პირობებით:
- მყარი ნაწილაკების ზომა უნდა იყოს 10–5-დან 10–2 იხილეთ
- ნაწილაკები უნდა იყოს სფერული.
- ნაწილაკები უნდა მოძრაობდნენ მუდმივი სიჩქარით და დამოუკიდებლად მეზობელი ნაწილაკებისგან.
- ხახუნი უნდა იყოს დისპერსიული საშუალების შიდა მოვლენა.
-მდე
იმის გამო, რომ რეალური შეჩერებები ხშირად შეიცავსნაწილაკები, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდებიან ფორმისგან სფერულისგან, წარმოადგენენ ეკვივალენტური რადიუსის ცნებას დანალექების ანალიზის მიზნით. ამისათვის ჰიპოთეტური სფერული ნაწილაკების რადიუსი, რომელიც დამზადებულია იმავე მასალისგან, როგორც რეალური, შესწავლილ სუსპენზიაში და დგანან იმავე სიჩქარით, ჩანაცვლებულია საანგარიშო განტოლებებში.
პრაქტიკაში დისპერსიულ სისტემებში ნაწილაკები ჰეტეროგენულია ზომით და დალექვის ანალიზის მთავარ ამოცანას შეიძლება ვუწოდოთ მათში ნაწილაკების ზომის განაწილების ანალიზი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, პოლიდისპერსული სისტემების შესწავლისას, გვხვდება სხვადასხვა ფრაქციების ფარდობითი შემცველობა (ნაწილაკების ერთობლიობა, რომელთა ზომები დევს გარკვეულ ინტერვალში).
ნალექის ანალიზის თავისებურებები
არსებობს რამდენიმე მიდგომა დანალექებით დისპერსიული სისტემების ანალიზის შესასრულებლად:
- გრავიტაციულ ველში სიჩქარის მონიტორინგი, რომლითაც ნაწილაკები დნება მშვიდ სითხეში;
- სუსპენზიის აგიტაცია მისი შემდგომი გამოყოფისთვის მოცემული ზომის ნაწილაკების ფრაქციებად თხევადი ჭავლით;
- ფხვნილი ნივთიერებების გამოყოფა ნაწილაკების გარკვეული ზომის ფრაქციებად, შესრულებული ჰაერის გამოყოფით;
- ცენტრიფუგალურ ველში მაღალი დისპერსიული სისტემების ჩაძირვის პარამეტრების მონიტორინგი.
ერთ-ერთი ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ანალიზის პირველი ვერსიაა. მისი განსახორციელებლად, დალექვის სიჩქარე განისაზღვრება რომელიმე შემდეგი მეთოდით:
- ყურება მიკროსკოპით;
- დაგროვილი ნალექის აწონვა;
- დისპერსიული ფაზის კონცენტრაციის განსაზღვრა დნობის პროცესის გარკვეულ პერიოდში;
- ჰიდროსტატიკური წნევის გაზომვა ჩაძირვისას;
- შეჩერების სიმკვრივის განსაზღვრა დნობის პერიოდში.
შეჩერების კონცეფცია
სუსპენზიები გაგებულია, როგორც უხეში სისტემები, რომლებიც წარმოიქმნება მყარი დისპერსიული ფაზით, რომლის ნაწილაკების ზომა აღემატება 10-5 სმ, და თხევადი დისპერსიული გარემო. სუსპენზიები ხშირად ხასიათდება, როგორც ფხვნილი ნივთიერებების სუსპენზია სითხეებში. სინამდვილეში, ეს არ არის მთლად მართალი, რადგან slurries არის განზავებული სუსპენზია. მყარი ფაზის ნაწილაკები კინეტიკურად დამოუკიდებელია და თავისუფლად შეუძლიათ სითხეში გადაადგილება.
რეალურ (კონცენტრირებულ) სუსპენზიებში, რომლებსაც ხშირად პასტებს უწოდებენ, მყარი ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. ეს იწვევს გარკვეული სივრცითი სტრუქტურის ფორმირებას.
არსებობს კიდევ ერთი ტიპის დისპერსიული სისტემები, რომლებიც წარმოიქმნება მყარი დისპერსიული ფაზებით და თხევადი დისპერსიული მედიით. მათ ლიოსოლებს უწოდებენ. თუმცა, ნაწილაკების ზომა გაცილებით მცირეა (10-7-დან 10-5 სმ-მდე). ამ მხრივ, მათში დანალექი უმნიშვნელოა, მაგრამ ლიოსოლებს ახასიათებთ ისეთი ფენომენები, როგორიცაა ბრაუნის მოძრაობა, ოსმოზი და დიფუზია. სუსპენზიების დალექვის ანალიზი ეფუძნება მათ კინეტიკურ არასტაბილურობას. ეს ნიშნავს, რომ სუსპენზიებს ახასიათებს ისეთი პარამეტრების დროში ცვალებადობა, როგორიცაა ნაწილაკების სისუფთავე და წონასწორული განაწილება დისპერსიულ გარემოში.
მეთოდი
ნალექის ანალიზი ტარდება ბრუნვის ბალანსის გამოყენებით ფოლგის ჭიქით(დიამეტრი 1-2 სმ) და მაღალი ჭიქა. ანალიზის დაწყებამდე ჭიქის აწონვა ხდება დისპერსიულ გარემოში, ჩაყრით სავსე ჭიქაში და აწონასწორებს წონასწორობას. ამასთან ერთად იზომება მისი ჩაძირვის სიღრმე. ამის შემდეგ, ფინჯანი ამოღებულია და სწრაფად მოთავსებულია ჭიქაში სატესტო სუსპენზიით, ხოლო ის უნდა ჩამოიხრჩოს ბალანსის სხივის კაუჭზე. ამავე დროს, წამზომი დაიწყება. ცხრილი შეიცავს მონაცემებს ნალექის მასის შესახებ დროის თვითნებურ მომენტებში.
| დრო სწავლის დაწყებიდან, s | ჭიქის მასა ნალექით, გ | ნალექის მასა, გ | 1/ტ, c-1 | ნალექის ლიმიტი, გ |
ცხრილის მონაცემების გამოყენებით დახატეთ დანალექის მრუდი გრაფიკულ ქაღალდზე. ჩასახლებული ნაწილაკების მასა გამოსახულია ორდინატთა ღერძის გასწვრივ, ხოლო დრო გამოსახულია აბსცისის ღერძის გასწვრივ. ამ შემთხვევაში, შეირჩევა ადეკვატური მასშტაბი, რათა მოსახერხებელი იყოს შემდგომი გრაფიკული გამოთვლების შესრულება.
მრუდის ანალიზი
მონოდისპერსიულ გარემოში ნაწილაკების დაბინძურების სიჩქარე იგივე იქნება, რაც ნიშნავს, რომ დასახლება ხასიათდება ერთგვაროვნებით. დალექვის მრუდი ამ შემთხვევაში იქნება წრფივი.
პოლიდისპერსიული სუსპენზიის დალექვისას (რაც პრაქტიკაში ხდება), სხვადასხვა ზომის ნაწილაკები ასევე განსხვავდებიან დნობის სიჩქარით. ეს გამოიხატება გრაფიკზე დაბინავების ფენის საზღვრის დაბინდვით.
ჩაძირვის მრუდი მუშავდება მისი რამდენიმე სეგმენტად დაყოფით და ტანგენტების დახატვით. თითოეული ტანგენსი ახასიათებს ცალკეულის დაქვეითებასშეჩერების ნაწილის მონოდისპერსი.
ნაწილაკების ზომის განაწილების ზოგადი იდეა
კლდეში გარკვეული ზომის ნაწილაკების რაოდენობრივ შემცველობას ჩვეულებრივ გრანულომეტრიულ შემადგენლობას უწოდებენ. მასზეა დამოკიდებული ფოროვანი მედიის ზოგიერთი თვისება, მაგალითად, გამტარიანობა, სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი, ფორიანობა და ა.შ. ამ თვისებებიდან გამომდინარე, თავის მხრივ, შეიძლება გაკეთდეს დასკვნები ქანების საბადოების წარმოქმნის გეოლოგიური პირობების შესახებ. სწორედ ამიტომ, დანალექი ქანების კვლევის ერთ-ერთი პირველი ეტაპი არის გრანულომეტრიული ანალიზი.
ამგვარად, ნავთობთან შეხებისას ქვიშების გრანულომეტრიული შემადგენლობის ანალიზის შედეგების მიხედვით, ისინი ირჩევენ აღჭურვილობას და სამუშაო პროცედურებს ნავთობსაბადოების პრაქტიკაში. ეს ხელს უწყობს ფილტრების შერჩევას, რათა თავიდან აიცილოს ქვიშა ჭაში. შემადგენლობაში თიხის და კოლოიდური დისპერსიული მინერალების რაოდენობა განსაზღვრავს იონების შეწოვის პროცესებს, ასევე წყალში ქანების შეშუპების ხარისხს.
ქანების გრანულომეტრიული შემადგენლობის დანალექი ანალიზი
იმის გამო, რომ დანალექების პრინციპებზე დაფუძნებული დისპერსიული სისტემების ანალიზს აქვს მთელი რიგი შეზღუდვები, მისი სუფთა სახით გამოყენება ქანების შემადგენლობის გრანულომეტრიული კვლევისთვის არ იძლევა სათანადო სანდოობას და სიზუსტეს. დღეს ის სრულდება თანამედროვე აპარატურით კომპიუტერული პროგრამების გამოყენებით.
ისინი საშუალებას გაძლევთ შეისწავლოთ ქანების ნაწილაკები საწყისი ფენიდან, საშუალებას გაძლევთ მუდმივად ჩაიწეროთ დაგროვებანალექი, განტოლებით დაახლოების გამოკლებით, პირდაპირ გაზომეთ დალექვის სიჩქარე. და, არანაკლებ მნიშვნელოვანია, ისინი იძლევიან არარეგულარული ფორმის ნაწილაკების დალექვის შესწავლის საშუალებას. ამა თუ იმ ზომის წილადის პროცენტს ადგენს კომპიუტერი, ნიმუშის მთლიანი მასის საფუძველზე, რაც ნიშნავს, რომ მას არ სჭირდება აწონვა ანალიზამდე.
