Шинжилгээний тунадасжилтын аргын мөн чанар нь тоосонцор (ихэвчлэн шингэн орчинд) тунах хурдыг хэмжихэд оршино. Тунах хурдны утгыг ашиглан эдгээр хэсгүүдийн хэмжээ, тэдгээрийн гадаргуугийн талбайг тооцоолно. Энэ арга нь суспенз, аэрозол, эмульс гэх мэт олон төрлийн дисперсийн системийн тоосонцоруудын параметрүүдийг, өөрөөр хэлбэл өргөн тархсан бөгөөд төрөл бүрийн үйлдвэрлэлд чухал ач холбогдолтой хэсгүүдийг тодорхойлдог.
Тархалтын тухай ойлголт
Үйлдвэрлэлийн янз бүрийн үйл явц дахь бодис, материалыг тодорхойлох технологийн үндсэн үзүүлэлтүүдийн нэг бол тэдгээрийн нарийн чанар юм. Химийн технологийн төхөөрөмж сонгох, төрөл бүрийн хүнсний бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх гэх мэт үүнийг заавал анхаарч үзэх хэрэгтэй. Энэ нь бодисын тоосонцор багасах тусам фазын гадаргуугийн талбай нэмэгдэж, тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн хурд нэмэгдэж байгаатай холбоотой төдийгүй энэ тохиолдолд системийн зарим шинж чанар өөрчлөгддөгтэй холбоотой юм.. Ялангуяа уусах чадвар нэмэгдэж, урвалд орох чадвар нэмэгддэгбодис, фазын шилжилтийн температур буурдаг. Иймээс янз бүрийн системүүдийн тархалтын тоон шинж чанарыг болон тунадасны шинжилгээнд олох шаардлагатай болсон.
Тарсан фаз дахь бөөмийн хэмжээ хэрхэн хамааралтай байгаагаас хамааран системийг монодисперс ба полидисперс гэж хуваадаг. Эхнийх нь зөвхөн ижил хэмжээтэй хэсгүүдээс бүрддэг. Ийм дисперс систем нь нэлээд ховор бөгөөд бодит байдал дээр жинхэнэ монодисперстэй маш ойрхон байдаг. Нөгөөтэйгүүр, одоо байгаа дисперсийн системүүдийн дийлэнх нь полидисперс юм. Энэ нь тэдгээр нь өөр өөр хэмжээтэй хэсгүүдээс бүрдэх бөгөөд тэдгээрийн агуулга нь ижил биш гэсэн үг юм. Дисперсийн системүүдийн тунадасжилтын шинжилгээний явцад тэдгээрийг үүсгэгч хэсгүүдийн хэмжээг тодорхойлж, дараа нь тэдгээрийн хэмжээсийн тархалтын муруйг байгуулна.
Онолын үндэслэл
Тунаалт гэдэг нь таталцлын нөлөөгөөр хий болон шингэн орчинд тархсан фазыг бүрдүүлэгч хэсгүүдийг тунадасжуулах үйл явц юм. Хэрэв бөөмс (дусал) янз бүрийн эмульс дотор хөвж байвал тунадасжилтыг эргүүлж болно.
Бөөрөнхий хэсгүүдэд үйлчлэх таталцлын Fg-ийг гидростатик залруулгын томъёогоор тооцоолж болно:
Fg=4/3 π r3 (ρ-ρ0) g, энд ρ нь бодисын нягт; r нь бөөмийн радиус; ρ0 – шингэний нягт; g - хурдатгалчөлөөт уналт.
Стоксын хуулиар тодорхойлсон үрэлтийн хүч Fη нь бөөмсийн суултыг эсэргүүцдэг:
Fη=6 π η r ᴠsed, энд ᴠsed нь бөөмийн хурд, η нь шингэний зуурамтгай чанар юм.
Хэзээ нэгэн цагт бөөмсүүд тогтмол хурдтайгаар суурьшиж эхэлдэг бөгөөд энэ нь эсрэг талын хүчний тэнцүү Fg=Fη, энэ нь тэгш байдал бас үнэн гэсэн үг:
4/3 π r3 (ρ-ρ0) g=6 π η r ·ᴠ sed. Үүнийг өөрчилснөөр та бөөмийн радиус ба түүний тунадасжилтын хурд хоорондын хамаарлыг тусгасан томъёог авах боломжтой:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) g)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
Хэрэв бид бөөмсийн хурдыг H-ийн хөдөлгөөний τ-д харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлж болохыг харгалзан үзвэл Стоксын тэгшитгэлийг бичиж болно:
ᴠsat=Н/т.
Тэгвэл бөөмийн радиусыг түүний суурьших хугацаатай дараах тэгшитгэлээр хамааруулж болно:
r=K √N/t.
Гэхдээ тунадасны шинжилгээний ийм онолын үндэслэл нь хэд хэдэн нөхцөлд хүчинтэй байх болно гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй:
- Хатуу ширхэгийн хэмжээ 10–5-аас 10–2 хооронд байх ёстой
- Бөөмсүүд бөмбөрцөг хэлбэртэй байх ёстой.
- Бөөмс нь тогтмол хурдтай, хөрш зэргэлдээх хэсгүүдээс хамааралгүй хөдлөх ёстой.
- Үрэлт нь дисперсийн орчны дотоод үзэгдэл байх ёстой.
үзнэ үү
Бодит суспензүүд ихэвчлэн агуулагддаг тулбөмбөрцөг хэлбэртэй хэсгүүдээс мэдэгдэхүйц ялгаатай хэсгүүд нь тунадасжилтын шинжилгээний зорилгоор эквивалент радиусын тухай ойлголтыг нэвтрүүлдэг. Үүний тулд судлагдсан суспенз дэх бодит хэсгүүдтэй ижил материалаар хийгдсэн таамагласан бөмбөрцөг хэсгүүдийн радиусыг тооцооны тэгшитгэлд орлуулж, ижил хурдтайгаар сууна.
Практикт дисперс систем дэх тоосонцор нь нэг төрлийн бус хэмжээтэй байдаг ба тунадасжилтын шинжилгээний гол ажлыг тэдгээрийн доторх бөөмийн тархалтын шинжилгээ гэж нэрлэж болно. Өөрөөр хэлбэл, полидисперсийн системийг судлах явцад янз бүрийн фракцуудын харьцангуй агууламж (хэмжээ нь тодорхой интервалд оршдог бөөмсийн багц) олддог.
Тунадасжилтын шинжилгээний онцлог
Тунадасжилтаар тархсан системд дүн шинжилгээ хийх хэд хэдэн арга байдаг:
- таталцлын талбарт тоосонцор тайван шингэнд суух хурдыг хянах;
- суспензийг шингэний тийрэлтэт онгоцонд өгөгдсөн хэмжээтэй хэсгүүдийн фракц болгон дараа нь салгах зориулалттай хутгах;
- нунтаг бодисыг агаараар ялгах замаар тодорхой ширхэгийн хэмжээтэй хэсэг болгон хуваах;
- төвөөс зугтах талбарт өндөр тархалттай системийн суултын параметрүүдийг хянах.
Хамгийн өргөн хэрэглэгддэг нэг нь шинжилгээний эхний хувилбар юм. Үүнийг хэрэгжүүлэхийн тулд тунадасжилтын хурдыг дараах аргуудын аль нэгээр нь тодорхойлно:
- микроскопоор харах;
- хуримтлагдсан тунадасыг жинлэх;
- тунгах процессын тодорхой хугацаанд тархсан фазын концентрацийг тодорхойлох;
- суусны үеийн гидростатик даралтыг хэмжих;
- тусжилтын үеийн суспензийн нягтыг тодорхойлох.
Түдгэлзүүлэх ойлголт
Түдгэлзүүлэлт гэж хатуу дисперс фаз, бөөмийн хэмжээ нь 10-5 см-ээс их, шингэн тархалтын орчинд үүссэн бүдүүн ширхэгтэй системийг ойлгодог. Түдгэлзүүлэлт нь ихэвчлэн шингэн дэх нунтаг бодисуудын суспенз гэж тодорхойлогддог. Үнэн хэрэгтээ энэ нь бүхэлдээ үнэн биш юм, учир нь зутан нь шингэрүүлсэн суспенз юм. Хатуу фазын хэсгүүд нь кинетикийн хувьд бие даасан бөгөөд шингэн дотор чөлөөтэй хөдөлж чаддаг.
Бодит (өтгөрүүлсэн) суспензийг ихэвчлэн зуурмаг гэж нэрлэдэг бөгөөд хатуу хэсгүүд хоорондоо харилцан үйлчилдэг. Энэ нь тодорхой орон зайн бүтэц үүсэхэд хүргэдэг.
Хатуу дисперс фазууд болон шингэний дисперсийн орчинд үүссэн өөр төрлийн дисперс систем байдаг. Тэдгээрийг лиозол гэж нэрлэдэг. Гэхдээ бөөмийн хэмжээ нь хамаагүй бага (10-7-аас 10-5 см хүртэл). Үүнтэй холбоотойгоор тэдгээрийн тунадасжилт нь ач холбогдолгүй боловч лиозолууд нь Брауны хөдөлгөөн, осмос, диффуз зэрэг үзэгдлүүдээр тодорхойлогддог. Суспензийн тунадасжилтын шинжилгээ нь тэдгээрийн кинетик тогтворгүй байдалд суурилдаг. Энэ нь суспензүүд нь тархалтын орчин дахь бөөмсийн нарийн ширхэгтэй байдал, тэнцвэрт тархалт зэрэг үзүүлэлтүүдийн цаг хугацааны хэлбэлзлээр тодорхойлогддог гэсэн үг юм.
Арга зүй
Тунадасжилтын шинжилгээг тугалган аягатай мушгих баланс ашиглан хийнэ(диаметр нь 1-2 см) ба өндөр шил. Шинжилгээг эхлүүлэхийн өмнө аяга нь дисперсийн орчинд жигнэж, дүүргэсэн аяганд дүрж, тэнцвэрийг тэнцвэржүүлнэ. Үүний зэрэгцээ түүний живэх гүнийг хэмждэг. Үүний дараа аягыг аваад туршилтын суспенз бүхий шилэнд түргэн хийнэ, харин тэнцвэрийн цацрагийн дэгээ дээр өлгөх ёстой. Үүний зэрэгцээ секундомер эхэлнэ. Хүснэгтэд цаг хугацааны дурын цэгт орсон хур тунадасны массын талаарх мэдээллийг агуулсан.
| Хичээл эхлэхээс хойшхи цаг, s | Тунадастай аяганы масс, g | Тунасны масс, g | 1/t, c-1 | Тунаалтын хязгаар, g |
Хүснэгтийн өгөгдлийг ашиглан график цаасан дээр тунадасжилтын муруйг зур. Ординат тэнхлэгийн дагуу суусан бөөмсийн массыг, абсцисса тэнхлэгийн дагуу цагийг зурна. Энэ тохиолдолд цаашдын график тооцоолол хийхэд тохиромжтой байхаар тохирох масштабыг сонгоно.
Муруйн шинжилгээ
Нэг төрлийн дисперс орчинд бөөмсийн тунах хурд ижил байх ба энэ нь тунадас нь жигд байх болно гэсэн үг юм. Энэ тохиолдолд тунадасжилтын муруй шугаман байна.
Полидисперсийн суспензийг тунгаах үед (энэ нь практикт тохиолддог) янз бүрийн хэмжээтэй хэсгүүд тунах хурдаараа ялгаатай байдаг. Энэ нь тунадасжилтын давхаргын хилийн бүдэгрэлтээр график дээр илэрхийлэгдэнэ.
Суудлын муруйг хэд хэдэн сегментэд хувааж, шүргэгч зурж боловсруулдаг. Тангенс бүр нь тусдаа суултыг тодорхойлдогсуспензийн монодисперс хэсэг.
Бөөмийн хэмжээний хуваарилалтын ерөнхий санаа
Чулуулаг дахь тодорхой хэмжээний тоосонцоруудын тоон агуулгыг ихэвчлэн гранулометрийн найрлага гэж нэрлэдэг. Нэвчилт, гадаргуугийн тодорхой талбай, сүвэрхэг чанар гэх мэт сүвэрхэг орчны зарим шинж чанарууд үүнээс хамаардаг. Эдгээр шинж чанарууд дээр үндэслэн эргээд чулуулгийн орд үүсэх геологийн нөхцөл байдлын талаар дүгнэлт хийж болно. Тийм ч учраас тунамал чулуулгийг судлах эхний үе шатуудын нэг бол гранулометрийн шинжилгээ юм.
Тиймээс газрын тостой харьцах элсний гранулометрийн найрлагад хийсэн шинжилгээний үр дүнгээс үзэхэд газрын тосны практикт тоног төхөөрөмж, ажлын горимыг сонгодог. Худаг руу элс орохоос сэргийлж шүүлтүүрийг сонгоход тусална. Найрлаганд агуулагдах шавар ба коллоид тархсан эрдсийн хэмжээ нь ионуудыг шингээх процесс, түүнчлэн усан дахь чулуулгийн хавдах зэргийг тодорхойлдог.
Чулуулгийн гранулометрийн найрлагын тунамал шинжилгээ
Тунадасжилтын зарчимд суурилсан дисперсийн системийн шинжилгээ нь хэд хэдэн хязгаарлалттай байдаг тул чулуулгийн найрлагыг гранулометрийн судалгаанд цэвэр хэлбэрээр ашиглах нь зохих найдвартай, нарийвчлалыг хангаж чадахгүй байна. Өнөөдөр компьютерийн программ ашиглан орчин үеийн тоног төхөөрөмж ашиглан хийж байна.
Тэдгээр нь чулуулгийн тоосонцорыг анхдагч давхаргаас судлах, хуримтлалыг тасралтгүй бүртгэх боломжийг олгодог.тунадас, тэгшитгэлээр ойртуулахыг эс тооцвол тунадасны хурдыг шууд хэмжинэ. Түүнээс гадна тэдгээр нь жигд бус хэлбэртэй хэсгүүдийн тунадасжилтыг судлах боломжийг олгодог. Нэг эсвэл өөр хэмжээний фракцын хувийг дээжийн нийт масс дээр үндэслэн компьютер тодорхойлдог бөгөөд энэ нь шинжилгээний өмнө жинлэх шаардлагагүй гэсэн үг юм.
