Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (другой скан) (1157043), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Траектории полета частиц делаются видимыми вследствие рассеяния света, что позволяет обнаружить присутствие элементарных частиц и установить их характер. В пузырьковой камере в качестве среды используется «растянутая» жидкость, т. е. жидкость, находящаяся под отрицательным давлением. В различных практических областях остро стоит задача управления устойчивостью аэрозолей. В одних случаях, например при использовании аэрозолей в качестве дымовых завес, приходится поддерживать стабильность аэрозольной системы, вдругих — необходимо предотвратить их возникновение или обеспечить их эффективное разрушение. Например, необходимо разрушать (осаждать) тонкие, зависающие в воздухе пыли, образование которых почти всегда сопугствует процессу дробления и помола твердых материалов.
Нередко такие аэрозоли представляют значительную опасность для здоровья людей, так как, проникая в легкие, вызывают легочные заболевания (силикоз, антракоз). Многие органические вещества, находясь в состоянии высокодисперсных аэрозолей, оказываются взрывоопасными, поскольку горение мгновенно охватывает огромную поверхность и сопровождается резким увеличением объема. Это относится, в частности, к таким обычным веществам, как мука, сахар, угольная пыль, пылевидные отходы обработки полимерных материалов и т. п. Значительное увеличение количества техногенных аэрозолей, возникающих при горении, может заметно изменить условия образования облаков и за счет этого климат планеты. В основных «кухнях погоды> — тропических областях Атлантического, Тихого и Индийского океанов и в приполярных областях — из-за слабого промышленного развития этих районов техногенные выбросы пока сравнительно невелики.
Другое опасное экологическое последействие увеличения количества антропогенных аэрозолей (они составляют 345 - 20 9$ общего количества аэрозолей в природе) — уменьшение прозрачности атмосферы. Есть данные о том, что концентрация аэрозолей в атмосфере после больших извержений вулканов увеличивается, что может влиять на климатические условия. Так, при катастрофическом извержении (взрыве) вулкана Кракатау в Индонезии (1883) в атмосферу было выброшено - 18 км' твердых частиц всех размеров, наиболее мелкие из которых оставались во взвешенном состоянии более года. Большинство методов разрушения аэрозолей связано с интенсификацией процессов коагуляции, коалесценции и прилипания частиц аэрозолей к поверхностям (твердым стенкам фильтров, к каплям жидкости при искусственном дождевании)„а также процессов седиментации (путем изменения скорости и направления потока аэрозоля при инерционном осаждении).
В замкнутом объеме, например в поре диаметром б, разрушение аэрозоля может происходить вследствие седиментации (более крупных) и диффузии (мелких) частиц к стенкам поры и последующего налнпания на них. Время разрушения аэрозолей в результате седилт8 ментации составляет тек - д/к(у = — — скоростьдвижения частибпт)г цы радиусом г в среде вязкостью т)), а в результате диффузии т„„ф - б ГР (Р м — — коэффициент диффузии частиц). Конкуренбпт)г ция этих двух факторов приводит к тому, что в фильтрах с порами радиусом 1Π— 10 см наиболее устойчивыми оказываются частицы средних размеров 10 — 10 см, для которых т„л ы т„„ф, т.
е. — 5 -4 пту1 = (10+ 15) КТ, Улавливание таких частиц представляет достаточно сложную задачу. Эффективность улавливания существенно повышается за счет использования фильтров с очень извилистыми порами (фильтры Петрянова). Эффективным способом управления устойчивостью атмосферных аэрозолей является распыление в них концентрированных растворов гигроскопических веществ (например, хлорида кальция) или твердых частиц (иодида серебра, твердого диоксида углерода). Вызванная этим конденсация водяного пара и рост капелек воды (или кристалликов льда) в переохлажденных облаках приводят к выпадению осадков. Аналогичным образом можно рассеивать туман.
В промышленности для разрушения аэрозолей с целью очистки газовых смесей широко используют действие электрического поля (метод Коттреля). В электрофильтре Коттреля при пропускании дыма или тумана через электрическое поле высокого напряжения 346 частицам аэрозоля сообщается заряд. Заряжение частиц, вызванное адсорбцией ионов, возникающих в результате ионизации воздуха при коронном разряде (преимущественно отрицательных ионов), обеспечивает электрофорез и осаждение частиц на аноде. УШ.2. Пены и пенные пленки Пена — дисперсия газа (чаще всего воздуха) в жидкой дисперсионной среде — представляет собой типичную лиофобную систему.
Различают разбавленные дисперсии газа в жидкости, которые за их сходство с разбавленными эмульсиями обычно называют газовыми эмульсиями, и собственно пены с содержанием газовой фазы более 70 % по объему. В качестве характеристики концентрации пены часто используют отношение объема пены к объему содержащейся в ней жидкости, эту величину называют кратностью лемы К Вследствие седиментационной неустойчивости большинства газовых эмульсий, при всплывании (обратной седиментации) пузырьков сверху образуется слой концентрированной пены, и именно в ней происходят затем процессы разрушения системы. В пенах заполненные газом ячейки разделены пленками дисперсионной среды.
Характерной «идеализированной» фигурой ячеек пен (рис. ЧП1-2) является пентагональный додекаэдр (двенадцатигранник с пятиугольными транями, имеющий 30 ребер и 20 вершин). Однако эти фигуры не могут непрерывно заполнять пространство, и в реальной пене среднее число пленок, окружающих ячейку, близко к 14 . Ребрами пенной ячейки служат заполненные дисперсион ной средой канапы Гиббса — Плато (см. ЧП. 2). Ж.
Плато показал, что в одном канале могут сходиться только три пленки, расположенные под углами 120'. Поверхность канала имеет сложную вогнутую форму, описываемую условием постоянства сумм двух главных кривизн; капиллярное давление под вогнутой поверхностью обусловливает пониженное давление в канале Гиббса — Плато. В высокократных пенах поверхность канала Гиббса — Плато близка к цилиндрической, т.
е. имеет постоянное сечение в виде треугольника с вогнутыми сторонами, и давление в нем понижено по сравнению с давлением в ячейках пены на величину гг/г„, где г„— радиус кривизны поверхности канала (стороны треугольника). ~ См. П М. Кругляков Д Р. Ексеровв.
Пены и пенные пленки. М л Химия, 1990. Рис. ай-2. Строение пенной ячейки Вершины соседних пентагональных додекаэдров образуют узлы, в которых сходятся, как показано Плато, четыре канала. При этом четыре вершины, ближайшие к данной, образуют тетраэдр (подобно расположению атомов ближайшей координационной сферы в решетке алмаза). Каналы и узлы образуют единую разветвленную систему, по которой может осуществляться перенос дисперсионной среды, в частности, ее стекание под действием силы тяжести. В пенах с кратностью до 100 — 1000 (в зависимости от дисперсности и толшины пленок) основная часть дисперсионной среды содержится в каналах и лишь ее малая доля — в пленках. Содержание жидкости в узлах наиболее велико в очень низкократных пенах (при кратности, приблнжаюшейся к трем). Реальные пены, как правило, полидисперсны .
Это влечет изменение формы ячеек пен. Однако правила Плато (три пленки образуют канал, четыре канала образуют вершину) соблюдаются во всех случаях. Дисперсность пены можно характеризовать ее удельной поверхностью. Чаще измеряют некоторые средние значения геометрических параметров ячейки, например, среднее число ячеек в единице объема й или средний эквивалентный радиус и, связанный с и соотношением /зпйй = 1. Толшина пленок гг, средний эквивалентный радиус ячеек г(или их число в единице объема), средняя кратность пены К, а также высота столба (слоя) пены Н и есть те основные геометрические параметры, которые в первом приближении характеризуют ' Пропусканием таза через одиночный капилляр монет быть получена и монодисперсная пена, которая в послелугопгем при разрыве пленок становится полидисперсной.
348 ка строение пены. При более полном рассмотрении раствор СЛЕдуст уЧИтЫВатЬ ИЗМЕНЕНИЕ ПЕРВЫХ трЕХ ПараМЕт- 11 Возлук ров по высоте пенного столба. Пены и изолированные пенные пленки являются удобным объектом изучения природы относительной устойчивости лиофобных дисперсных систем, механизмов и кинетики их разрушения. Вместе с тем пены широко используют в различных областях со- Сст временной техники: при тушении пожаров, во флотации, в производстве хлебопекарных и кондитерских изделий (хлеб — пример отвержденной пены), теплоизоляционных материалов (пенобетоны, пенопласты, микропористые резины) и т. д. Получение пен, как правило, осуществляется диспергированием воздуха (реже другого газа) в жидкости, содержаШЕй КаКОЕ-ЛИбО ПА — ПЕНООбраЗОВатЕЛЬ.
ИНОГда рис. у1П-3. Скевводят добавки стабилизаторов пены, также являю- ма сеточного пешихся поверхностно-активными веществами, кото- ногенератора рые усиливают действие пенообразователя. Диспергирование газа может осуществляться пропусканием воздуха через слой жидкости (барботажные пены) или с помощью мешалок в объеме жидкости. Применяют и пеногенераторы разных конструкций, во многих из которых образование пены происходит на сетке (рис. УП1-3).
При этом, задавая расход воздуха и раствора пенообразователя, можно получать пену необходимой кратности. Для обеспечения требуемой дисперсности пены на пути пенного потока устанавливается ряд сеток, на которых происходит диспергирование ячеек пены. Такие пеногенераторы могут обеспечить быстрое получение больших количеств пены, необходимых при тушении пожаров, особенно горяших топлив и других органических жидкостей. Пены, в которых происходит отверждение дисперсионной среды (хлеб, пеноматериалы), обычно образуются конденсационным путем, основанным на выделении какого-либо газа, чаще всего СО1 в результате химической реакции или биохимического процесса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
