Die kern van die sedimentasiemetode van analise is om die tempo waarteen deeltjies afsak (hoofsaaklik uit 'n vloeibare medium) te meet. En deur die waardes van die besinkingstempo te gebruik, word die groottes van hierdie deeltjies en hul spesifieke oppervlakte bereken. Hierdie metode bepaal die parameters van deeltjies van baie soorte dispergeerstelsels, soos suspensies, aërosols, emulsies, dit wil sê dié wat wydverspreid en belangrik is vir verskeie industrieë.
Die konsep van verspreiding
Een van die belangrikste tegnologiese parameters wat stowwe en materiale in verskeie produksieprosesse kenmerk, is hul fynheid. Dit word noodwendig in ag geneem tydens die keuse van apparaat vir chemiese tegnologie, in die vervaardiging van verskeie voedselprodukte, ens. Dit is nie net te wyte aan die feit dat met 'n afname in die deeltjies van stowwe, die oppervlakarea van die fases toeneem en die tempo van hul interaksie toeneem nie, maar ook aan die feit dat sommige eienskappe van die stelsel in hierdie geval verander. Veral die oplosbaarheid neem toe, die reaktiwiteit neem toestowwe, neem die temperature van fase-oorgange af. Daarom het dit nodig geword om kwantitatiewe kenmerke van die verspreiding van verskeie sisteme en in sedimentasie-analise te vind.
Afhangende van hoe die deeltjiegroottes in die gedispergeerde fase verband hou, word sisteme in monodisperge en polidisperge verdeel. Eersgenoemde bestaan uitsluitlik uit deeltjies van dieselfde grootte. Sulke verspreide stelsels is redelik skaars en is in werklikheid baie naby aan ware monodisperse. Aan die ander kant is die oorgrote meerderheid van bestaande verspreide stelsels polidisperge. Dit beteken dat hulle bestaan uit deeltjies wat in grootte verskil, en hul inhoud is nie dieselfde nie. In die loop van sedimentasie-analise van verspreide sisteme word die groottes van die deeltjies wat hulle vorm bepaal, gevolg deur die konstruksie van hul grootteverspreidingskrommes.
Teoretiese grondslae
Sedimentasie is die proses van presipitasie van deeltjies wat die verspreide fase in gasvormige of vloeibare media uitmaak onder die inwerking van swaartekrag. Sedimentasie kan omgekeer word as deeltjies (druppels) in verskeie emulsies dryf.
Gravity Fg wat op sferiese deeltjies inwerk, kan bereken word deur die hidrostatiese korreksieformule te gebruik:
Fg=4/3 π r3 (ρ-ρ0) g, waar ρ die digtheid van materie is; r die partikelradius is; ρ0 – vloeistofdigtheid; g - versnellingvryval.
Die wrywingskrag Fη, beskryf deur die Stokes-wet, werk die afsakking van deeltjies teen:
Fη=6 π η r ᴠsed, waar ᴠsed die deeltjiesnelheid is en η die vloeistofviskositeit is.
Op 'n sekere tydstip begin die deeltjies teen 'n konstante spoed afsak, wat verklaar word deur die gelykheid van die opponerende kragte Fg=Fη, wat beteken dat die gelykheid ook waar is:
4/3 π r3 (ρ-ρ0) g=6 π η r ·ᴠ sed. Deur dit te transformeer, kan jy 'n formule kry wat die verwantskap tussen die partikelradius en sy besinkingstempo weerspieël:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) g)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
As ons in ag neem dat die spoed van deeltjies gedefinieer kan word as die verhouding van sy pad H tot die tyd van beweging τ, dan kan ons die Stokes-vergelyking skryf:
ᴠsat=N/t.
Dan kan die radius van die deeltjie in verband gebring word met die tyd van sy afsakking deur die vergelyking:
r=K √N/t.
Dit is egter opmerklik dat so 'n teoretiese regverdiging van sedimentasie-analise onder 'n aantal voorwaardes geldig sal wees:
- Soliede deeltjiegrootte moet tussen 10–5 tot 10–2 wees, sien
- Partikels moet sferies wees.
- Partikels moet teen 'n konstante spoed beweeg en onafhanklik van naburige deeltjies.
- Wrywing moet 'n interne verskynsel van 'n dispersiemedium wees.
As gevolg van die feit dat werklike skorsings dikwels bevatdeeltjies wat aansienlik verskil in vorm van sferiese, stel die konsep van ekwivalente radius bekend vir die doeleindes van sedimentasie-analise. Om dit te doen, word die radius van hipotetiese sferiese deeltjies gemaak van dieselfde materiaal as die werklike in die bestudeerde suspensie en wat teen dieselfde spoed afsak, in die berekeningsvergelykings vervang.
In die praktyk is deeltjies in verspreide sisteme heterogeen in grootte, en die hooftaak van sedimentasie-analise kan die ontleding van deeltjiegrootteverspreiding daarin genoem word. Met ander woorde, tydens die studie van polidisperse sisteme word die relatiewe inhoud van verskeie breuke gevind ('n stel deeltjies waarvan die groottes in 'n sekere interval lê).
Kenmerke van sedimentasie-analise
Daar is verskeie benaderings om ontleding van verspreide stelsels deur sedimentasie uit te voer:
- monitering in 'n gravitasieveld die spoed waarteen deeltjies in 'n kalm vloeistof neersak;
- suspensie-roering vir die daaropvolgende skeiding in fraksies van deeltjies van gegewe groottes in 'n vloeistofstraal;
- skeiding van verpoeierde stowwe in fraksies met sekere deeltjiegroottes, uitgevoer deur lugskeiding;
- monitering in 'n sentrifugale veld die parameters van insakking van hoogs verspreide stelsels.
Een van die mees gebruikte is die eerste weergawe van die ontleding. Vir die implementering daarvan word die sedimentasietempo deur enige van die volgende metodes bepaal:
- kyk deur 'n mikroskoop;
- weeg die opgehoopte sediment;
- bepaling van die konsentrasie van die verspreide fase in 'n sekere tydperk van die afsakkingsproses;
- meting van hidrostatiese druk tydens insakking;
- bepaling van die digtheid van die suspensie gedurende die afsaktydperk.
Opskortingskonsep
Suspensies word verstaan as growwe sisteme wat gevorm word deur 'n soliede gedispergeerde fase, waarvan die deeltjiegrootte 10-5 cm oorskry, en 'n vloeibare dispersiemedium. Suspensies word dikwels gekenmerk as suspensies van verpoeierde stowwe in vloeistowwe. Trouens, dit is nie heeltemal waar nie, aangesien flodders verdunde suspensies is. Die deeltjies van die vaste fase is kineties onafhanklik en kan vrylik in die vloeistof beweeg.
In werklike (gekonsentreerde) suspensies, wat dikwels pasta genoem word, werk vaste deeltjies met mekaar. Dit lei tot die vorming van 'n sekere ruimtelike struktuur.
Daar is nog 'n soort verspreide sisteme wat gevorm word deur vaste verspreide fases en vloeibare dispersiemedia. Hulle word lyosole genoem. Die deeltjiegrootte is egter baie kleiner (vanaf 10-7 tot 10-5 cm). In hierdie verband is sedimentasie in hulle onbeduidend, maar lyosole word gekenmerk deur verskynsels soos Brownse beweging, osmose en diffusie. Die sedimentasie-analise van suspensies is gebaseer op hul kinetiese onstabiliteit. Dit beteken dat suspensies gekenmerk word deur tydsveranderlikheid van parameters soos fynheid en ewewigverspreiding van deeltjies in 'n dispersiemedium.
Metode
Sedimentasie-analise word uitgevoer met behulp van 'n torsiebalans met 'n foeliebeker(deursnee 1-2 cm) en 'n lang glas. Voordat die ontleding begin word, word die beker in 'n dispersiemedium geweeg, dit in 'n gevulde beker gedompel en die balans gebalanseer. Hiermee saam word die diepte van die onderdompeling daarvan gemeet. Daarna word die koppie verwyder en vinnig saam met die toetssuspensie in 'n glas geplaas, terwyl dit aan die haak van die balansbalk gehang moet word. Terselfdertyd sal die stophorlosie begin. Die tabel bevat data oor die massa van neerslag neerslag op arbitrêre tye in tyd.
| Tyd vanaf begin van studie, s | Mass van die beker met sediment, g | massa sediment, g | 1/t, c-1 | Sedimentasielimiet, g |
Gebruik die tabeldata en teken 'n sedimentasiekurwe op grafiekpapier. Die massa van gesaakte deeltjies word langs die ordinaat-as geplot en tyd langs die abskis-as. In hierdie geval word 'n voldoende skaal gekies sodat dit gerieflik is om verdere grafiese berekeninge uit te voer.
Kromme-analise
In 'n monodisperse medium sal die afsakkingstempo van deeltjies dieselfde wees, wat beteken dat afsakking deur eenvormigheid gekenmerk sal word. Die sedimentasiekurwe in hierdie geval sal lineêr wees.
Tydens die afsakking van 'n polidisperse suspensie (wat in die praktyk gebeur), verskil deeltjies van verskillende groottes ook in afsakspoed. Dit word op die grafiek uitgedruk in die vervaging van die grens van die afsaklaag.
Die insakkromme word verwerk deur dit in verskeie segmente te verdeel en raaklyne te trek. Elke raaklyn sal die insakking van 'n aparte kenmerkmonodisperse deel van die suspensie.
Algemene idee van deeltjiegrootteverspreiding
Die kwantitatiewe inhoud van deeltjies van 'n sekere grootte in die rots word gewoonlik die granulometriese samestelling genoem. Sommige eienskappe van poreuse media hang daarvan af, byvoorbeeld deurlaatbaarheid, spesifieke oppervlakarea, porositeit, ens. Op grond van hierdie eienskappe kan op hul beurt gevolgtrekkings gemaak word oor die geologiese toestande vir die vorming van rotsafsettings. Daarom is een van die eerste stadiums in die studie van sedimentêre gesteentes granulometriese analise.
Dus, volgens die resultate van die ontleding van die granulometriese samestelling van sand in kontak met olie, kies hulle toerusting en werkprosedures in olieveldpraktyke. Dit help om filters te kies om te verhoed dat sand die put binnedring. Die hoeveelheid klei en kolloïdaal-verspreide minerale in die samestelling bepaal die prosesse van absorpsie van ione, sowel as die mate van swelsel van gesteentes in water.
Sedimentêre ontleding van granulometriese samestelling van gesteentes
As gevolg van die feit dat die ontleding van verspreide stelsels gebaseer op die beginsels van sedimentasie 'n aantal beperkings het, bied die gebruik daarvan in sy suiwer vorm vir die granulometriese studie van rotssamestelling nie die nodige betroubaarheid en akkuraatheid nie. Vandag word dit uitgevoer met behulp van moderne toerusting wat rekenaarprogramme gebruik.
Hulle laat die studie van rotsdeeltjies vanaf die beginlaag toe, sodat jy die opeenhoping voortdurend kan opneemsediment, met uitsluiting van benadering deur vergelykings, meet die sedimentasietempo direk. En, nie minder belangrik nie, hulle laat die studie van die sedimentasie van onreëlmatige gevormde deeltjies toe. Die persentasie breuk van een of ander grootte word deur die rekenaar bepaal, gebaseer op die totale massa van die monster, wat beteken dat dit nie voor ontleding geweeg hoef te word nie.
