Tahlilning sedimentatsiya usulining mohiyati zarrachalarning choʻkish tezligini (asosan suyuq muhitdan) oʻlchashdan iborat. Va cho'kish tezligi qiymatlaridan foydalanib, bu zarrachalarning o'lchamlari va ularning o'ziga xos sirt maydoni hisoblanadi. Bu usul suspenziyalar, aerozollar, emulsiyalar kabi ko'plab turdagi dispers tizimlarning zarrachalarining parametrlarini, ya'ni keng tarqalgan va turli sanoat tarmoqlari uchun muhim bo'lganlarini aniqlaydi.
Dispersiya tushunchasi
Har xil ishlab chiqarish jarayonlaridagi moddalar va materiallarni tavsiflovchi asosiy texnologik parametrlardan biri ularning nozikligidir. Kimyoviy texnologiya uchun apparat tanlashda, turli xil oziq-ovqat mahsulotlarini ishlab chiqarishda va hokazolarda bu albatta hisobga olinadi. Bu nafaqat moddalar zarralari kamayishi bilan fazalarning sirt maydoni oshadi va ularning o'zaro ta'sir qilish tezligi oshadi, balki bu holda tizimning ba'zi xususiyatlari o'zgaradi.. Xususan, eruvchanlik ortadi, reaktivlik kuchayadimoddalar, fazali o'tishlar harorati pasayadi. Shuning uchun turli tizimlar dispersiyasining miqdoriy tavsiflarini va sedimentatsiya tahlilida topish zaruriyati paydo bo'ldi.
Dispers fazadagi zarrachalar o'lchamlari qanday bog'liqligiga qarab, tizimlar monodispers va polidispersga bo'linadi. Birinchisi faqat bir xil o'lchamdagi zarralardan iborat. Bunday dispers tizimlar juda kam uchraydi va haqiqatda haqiqiy monodisperslarga juda yaqin. Boshqa tomondan, mavjud dispers tizimlarning katta qismi polidispersdir. Bu shuni anglatadiki, ular bir-biridan kattaligi jihatidan farq qiluvchi zarralardan iborat va ularning tarkibi bir xil emas. Dispers sistemalarning sedimentatsion tahlili jarayonida ularni hosil qiluvchi zarrachalarning o‘lchamlari aniqlanadi, so‘ngra ularning o‘lchamlari bo‘yicha taqsimlanish egri chiziqlari tuziladi.
Nazariy asoslar
Sedimentatsiya - tortishish kuchi ta'sirida gaz yoki suyuq muhitda dispers fazani tashkil etuvchi zarrachalarning cho'ktirish jarayoni. Agar zarrachalar (tomchilar) turli emulsiyalarda suzib yursa, cho‘kma jarayonini qaytarish mumkin.
Sferik zarrachalarga ta'sir qiluvchi tortishish Fg gidrostatik tuzatish formulasi yordamida hisoblanishi mumkin:
Fg=4/3 p r3 (r-r0) g, bu yerda r - materiyaning zichligi; r - zarracha radiusi; r0 – suyuqlik zichligi; g - tezlanisherkin tushish.
Stoks qonuni bilan tavsiflangan ishqalanish kuchi Fķ zarrachalarning choʻkishiga qarshi turadi:
Fķ=6 p ķ r ᴠsed, bu yerda ᴠsed - zarracha tezligi va ē - suyuqlikning yopishqoqligi.
Vaqtning qaysidir nuqtasida zarralar doimiy tezlikda joylasha boshlaydi, bu qarama-qarshi kuchlarning tengligi bilan izohlanadi Fg=Fķ, bu tenglik ham toʻgʻri ekanligini bildiradi:
4/3 p r3 (r-r0) g=6 p ē r ·ᴠ sed. Uni o'zgartirish orqali siz zarracha radiusi va uning cho'kish tezligi o'rtasidagi munosabatni aks ettiruvchi formulani olishingiz mumkin:
r=√(9ē/(2 (r-r0) g)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
Agar zarrachalar tezligini uning H yoʻlining t harakat vaqtiga nisbati sifatida aniqlash mumkinligini hisobga olsak, u holda Stoks tenglamasini yozishimiz mumkin:
ᴠsat=N/t.
U holda zarrachaning radiusi uning joylashish vaqtiga quyidagi tenglama orqali bogʻlanishi mumkin:
r=K √N/t.
Ammo shuni ta'kidlash joizki, sedimentatsiya tahlilining bunday nazariy asoslanishi bir qator sharoitlarda amal qiladi:
- Qattiq zarracha hajmi 10–5 va 10–2 orasida boʻlishi kerak
- Zarralar sharsimon boʻlishi kerak.
- Zarralar doimiy tezlikda va qoʻshni zarralardan mustaqil harakatlanishi kerak.
- Ishqalanish dispersion muhitning ichki hodisasi boʻlishi kerak.
qarang.
Haqiqiy suspenziyalar ko'pincha o'z ichiga olganligi sabablisferiklardan sezilarli darajada farq qiladigan zarralar sedimentatsiyani tahlil qilish uchun ekvivalent radius tushunchasini kiritadi. Buning uchun o‘rganilayotgan suspenziyadagi real zarrachalar bilan bir xil materialdan yasalgan va bir xil tezlikda cho‘kuvchi faraziy sharsimon zarrachalarning radiusi hisob tenglamalariga almashtiriladi.
Amaliyotda dispers sistemalardagi zarrachalar o’lchamlari bo’yicha bir jinsli bo’lib, cho’kma tahlilining asosiy vazifasini ulardagi zarrachalar hajmining taqsimlanishi tahlili deyish mumkin. Boshqacha qilib aytganda, polidispers tizimlarni o'rganish jarayonida turli fraktsiyalarning nisbiy tarkibi topiladi (o'lchamlari ma'lum oraliqda joylashgan zarralar to'plami).
Sedimentatsiya tahlilining xususiyatlari
Dispers tizimlarni sedimentatsiya orqali tahlil qilishning bir necha yondashuvlari mavjud:
- gravitatsion maydonda zarrachalarning sokin suyuqlikda joylashishi tezligini kuzatish;
- suspenziyani suyuqlik oqimida berilgan oʻlchamdagi zarrachalar fraktsiyalariga keyinchalik ajratish uchun aralashtirish;
- changli moddalarni havo bilan ajratish orqali amalga oshiriladigan ma'lum zarracha kattalikdagi fraksiyalarga ajratish;
- markazdan qochma maydonda yuqori dispersli tizimlarning choʻkish parametrlarini kuzatish.
Eng koʻp qoʻllaniladiganlardan biri bu tahlilning birinchi versiyasidir. Uni amalga oshirish uchun sedimentatsiya tezligi quyidagi usullardan biri bilan aniqlanadi:
- mikroskop orqali tomosha qilish;
- to'plangan cho'kindini tortish;
- cho`kish jarayonining ma`lum davridagi dispers faza konsentratsiyasini aniqlash;
- cho'kish vaqtidagi gidrostatik bosimni o'lchash;
- choʻkish davrida suspenziya zichligini aniqlash.
Toʻxtatib turish tushunchasi
Suspenziyalar deganda zarracha hajmi 10-5 sm dan ortiq boʻlgan qattiq dispers faza va suyuq dispersion muhitdan hosil boʻlgan qoʻpol tizimlar tushuniladi. Süspansiyonlar ko'pincha suyuqlikdagi kukunli moddalarning suspenziyalari sifatida tavsiflanadi. Aslida, bu mutlaqo to'g'ri emas, chunki atala suyultirilgan suspenziyalardir. Qattiq fazaning zarralari kinetik jihatdan mustaqil va suyuqlikda erkin harakatlanishi mumkin.
Haqiqiy (konsentrlangan) suspenziyalarda, ko'pincha pastalar deb ataladi, qattiq zarralar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi. Bu ma'lum bir fazoviy strukturaning shakllanishiga olib keladi.
Qattiq dispers fazalar va suyuq dispersiya muhiti tomonidan hosil qilingan dispers tizimlarning yana bir turi mavjud. Ular liozollar deb ataladi. Biroq, zarracha hajmi ancha kichik (10-7 dan 10-5 sm gacha). Shu munosabat bilan ularda sedimentatsiya ahamiyatsiz, ammo liozollar Broun harakati, osmos va diffuziya kabi hodisalar bilan tavsiflanadi. Suspenziyalarning sedimentatsion tahlili ularning kinetik beqarorligiga asoslanadi. Bu shuni anglatadiki, suspenziyalar noziklik va dispersion muhitda zarrachalarning muvozanat taqsimoti kabi parametrlarning vaqt o'zgaruvchanligi bilan tavsiflanadi.
Metodologiya
Sedimentatsiya tahlili folga chashka bilan buralish balansi yordamida amalga oshiriladi(diametri 1-2 sm) va baland stakan. Tahlilni boshlashdan oldin chashka dispersion muhitda tortiladi, uni to'ldirilgan stakanga botiradi va muvozanat muvozanatlanadi. Shu bilan birga, uning suvga cho'mish chuqurligi o'lchanadi. Shundan so'ng, chashka chiqariladi va tezda sinov suspenziyasi bilan stakanga joylashtiriladi, shu bilan birga u muvozanat nurining ilgagiga osib qo'yilishi kerak. Shu bilan birga, sekundomer ham ishga tushadi. Jadvalda vaqtning ixtiyoriy nuqtalarida yog'adigan yog'ingarchilik massasi haqidagi ma'lumotlar mavjud.
| Oʻqish boshlangan vaqt, s | Kosaning choʻkindi bilan massasi, g | Choʻkma massasi, g | 1/t, c-1 | Sedimentatsiya chegarasi, g |
Jadval ma'lumotlaridan foydalanib, grafik qog'ozga sedimentatsiya egri chizig'ini chizing. O'rnashgan zarrachalar massasi ordinata o'qi bo'ylab, vaqt esa abscissa o'qi bo'ylab chiziladi. Bunday holda, keyingi grafik hisob-kitoblarni amalga oshirish uchun qulay bo'lishi uchun adekvat shkala tanlanadi.
Egri chiziq tahlili
Monodispers muhitda zarrachalarning cho'kish tezligi bir xil bo'ladi, ya'ni cho'kish bir xillik bilan tavsiflanadi. Bu holda cho'kma egri chiziqli bo'ladi.
Polidispers suspenziyani cho’ktirishda (bu amalda sodir bo’ladi) turli o’lchamdagi zarrachalar cho’kish tezligida ham farqlanadi. Bu grafikda cho'kma qatlami chegarasining xiralashuvida ifodalangan.
Chiqish egri chizig'i uni bir necha segmentlarga bo'lish va tangenslarni chizish orqali qayta ishlanadi. Har bir tangens alohida cho'kishni tavsiflaydisuspenziyaning monodispers qismi.
Zarachalar hajmi taqsimoti haqida umumiy fikr
Tog’ jinsidagi ma’lum o’lchamdagi zarrachalarning miqdoriy tarkibi odatda granulometrik tarkib deb ataladi. G'ovakli muhitning ba'zi xususiyatlari unga bog'liq, masalan, o'tkazuvchanlik, o'ziga xos sirt maydoni, g'ovaklik va boshqalar. Bu xossalardan kelib chiqib, o‘z navbatida, tog‘jinslari konlarining paydo bo‘lishining geologik sharoitlari haqida xulosalar chiqarish mumkin. Shuning uchun ham cho'kindi jinslarni o'rganishning birinchi bosqichlaridan biri granulometrik tahlil hisoblanadi.
Shunday qilib, neft bilan aloqada bo’lgan qumlarning granulometrik tarkibini tahlil qilish natijalariga ko’ra neft konlari amaliyotida asbob-uskunalar va ish tartibini tanlaydilar. Quduqqa qum kirmasligi uchun filtrlarni tanlashga yordam beradi. Tarkibdagi gil va kolloid-dispers minerallarning miqdori ionlarning yutilish jarayonlarini, shuningdek, suvdagi jinslarning shishish darajasini belgilaydi.
Togʻ jinslarining granulometrik tarkibining choʻkindi tahlili
Dispers sistemalarni cho’ktirish tamoyillari asosida tahlil qilish bir qator cheklovlarga ega bo’lganligi sababli uni tog’ jinslari tarkibini granulometrik o’rganish uchun sof shaklda qo’llash tegishli ishonchlilik va aniqlikni ta’minlamaydi. Bugungi kunda u kompyuter dasturlari yordamida zamonaviy uskunalar yordamida amalga oshirilmoqda.
Ular tosh zarralarini boshlang'ich qatlamdan o'rganishga imkon beradi, to'planishni doimiy ravishda qayd etish imkonini beradicho'kma, tenglamalar bo'yicha yaqinlashish bundan mustasno, cho'kish tezligini to'g'ridan-to'g'ri o'lchang. Va bundan ham muhimi, ular noto'g'ri shakldagi zarrachalarning cho'kishini o'rganishga imkon beradi. U yoki bu o'lchamdagi ulushning ulushi kompyuter tomonidan namunaning umumiy massasi asosida aniqlanadi, ya'ni uni tahlil qilishdan oldin tortish shart emas.
