جوهر طريقة تحليل الترسيب هو قياس المعدل الذي تستقر به الجسيمات (بشكل رئيسي من وسط سائل). وباستخدام قيم معدل الترسيب ، يتم حساب أحجام هذه الجسيمات ومساحة سطحها المحددة. تحدد هذه الطريقة معلمات الجسيمات للعديد من أنواع أنظمة التشتت ، مثل المعلقات ، والهباء الجوي ، والمستحلبات ، أي تلك المنتشرة والمهمة للصناعات المختلفة.
مفهوم التشتت
أحد المعايير التكنولوجية الرئيسية التي تميز المواد والمواد في عمليات الإنتاج المختلفة هو نقاوتها. يؤخذ بالضرورة في الاعتبار عند اختيار جهاز للتكنولوجيا الكيميائية ، في إنتاج المنتجات الغذائية المختلفة ، إلخ. هذا لا يرجع فقط إلى حقيقة أنه مع انخفاض جزيئات المواد ، تزداد مساحة سطح المراحل ويزداد معدل تفاعلها ، ولكن أيضًا إلى حقيقة أن بعض خصائص النظام تتغير في هذه الحالة. على وجه الخصوص ، تزداد قابلية الذوبان ، تزداد التفاعليةالمواد ، تنخفض درجات حرارة تحولات المرحلة. لذلك أصبح من الضروري إيجاد الخصائص الكمية لتشتت الأنظمة المختلفة وتحليل الترسيب.
اعتمادًا على كيفية ارتباط أحجام الجسيمات في المرحلة المشتتة ، يتم تقسيم الأنظمة إلى أحادي التشتت ومتعدد التوزيع. يتكون الأول حصريًا من جزيئات من نفس الحجم. أنظمة التشتت هذه نادرة جدًا وهي في الواقع قريبة جدًا من الأنظمة أحادية الانتشار الحقيقية. من ناحية أخرى ، فإن الغالبية العظمى من أنظمة التشتت الحالية هي تشتت متعدد. هذا يعني أنها تتكون من جسيمات مختلفة الحجم ، ومحتواها مختلف. في سياق تحليل الترسيب لأنظمة التشتت ، يتم تحديد أحجام الجسيمات التي تشكلها ، متبوعة ببناء منحنيات توزيع الحجم.
أسس نظرية
الترسيب هو عملية ترسيب الجسيمات التي تشكل المرحلة المشتتة في الوسائط الغازية أو السائلة تحت تأثير الجاذبية. يمكن عكس الترسيب إذا طفت الجزيئات (القطرات) في مستحلبات مختلفة.
Gravity Fgتعمل على جزيئات كروية يمكن حسابها باستخدام صيغة التصحيح الهيدروستاتيكي:
Fg=4/3 π r3(ρ-ρ0) ز ،
حيث ρ هي كثافة المادة ؛ ص هو نصف قطر الجسيم. ρ0- كثافة السوائل ؛ ز - التسارعالسقوط الحر.
قوة الاحتكاك Fη، الموصوفة في قانون ستوكس ، تتعارض مع استقرار الجسيمات:
Fη=6 π η r ᴠsed ،
حيث ᴠsedهي سرعة الجسيم و هي لزوجة السوائل.
في وقت ما ، تبدأ الجسيمات في الاستقرار بسرعة ثابتة ، وهو ما يفسره المساواة بين القوى المتعارضة Fg=Fη، مما يعني أن المساواة صحيحة أيضًا:
4/3 π r3(ρ-ρ0) g=6 π η r · ᴠسيد. من خلال تحويله ، يمكنك الحصول على صيغة تعكس العلاقة بين نصف قطر الجسيم ومعدل استقراره:
r=√ (9η / (2 (ρ-ρ0) ز)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
إذا أخذنا في الاعتبار أن سرعة الجسيمات يمكن تعريفها على أنها نسبة مسارها H إلى وقت الحركة τ ، فيمكننا كتابة معادلة ستوكس:
ᴠsat=N / t.
ثم يمكن ربط نصف قطر الجسيم بوقت تسويته بالمعادلة:
r=K N / t.
ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن مثل هذا التبرير النظري لتحليل الترسيب سيكون صالحًا في ظل عدد من الشروط:
- يجب أن يكون حجم الجسيمات الصلبة بين 10–5إلى 10–2see
- يجب أن تكون الجسيمات كروية.
- يجب أن تتحرك الجسيمات بسرعة ثابتة ومستقلة عن الجسيمات المجاورة.
- يجب أن يكون الاحتكاك ظاهرة داخلية لوسط تشتت.
بسبب حقيقة أن التعليق الحقيقي يحتوي في كثير من الأحيانتقدم الجسيمات التي تختلف بشكل كبير في الشكل عن الجزيئات الكروية مفهوم نصف القطر المكافئ لأغراض تحليل الترسيب. للقيام بذلك ، يتم استبدال نصف قطر الجسيمات الكروية الافتراضية المصنوعة من نفس المادة مثل الجسيمات الحقيقية في المعلق المدروس والمستقر بنفس السرعة في معادلات الحساب.
من الناحية العملية ، تكون الجسيمات في الأنظمة المشتتة غير متجانسة في الحجم ، ويمكن أن تسمى المهمة الرئيسية لتحليل الترسيب تحليل توزيع حجم الجسيمات فيها. بمعنى آخر ، أثناء دراسة الأنظمة المتعددة الانتشار ، تم العثور على المحتوى النسبي للكسور المختلفة (مجموعة من الجسيمات تقع أحجامها في فترة زمنية معينة).
ملامح تحليل الترسيب
هناك عدة طرق لأداء تحليل الأنظمة المشتتة عن طريق الترسيب:
- مراقبة في مجال الجاذبية السرعة التي تستقر بها الجسيمات في سائل هادئ ؛
- التحريض المعلق لفصله اللاحق إلى كسور من الجسيمات بأحجام معينة في نفاثة سائلة ؛
- فصل مساحيق المواد إلى كسور ذات أحجام جسيمات معينة ، بواسطة فصل الهواء ؛
- المراقبة في مجال الطرد المركزي معلمات هبوط الأنظمة شديدة التشتت.
واحدة من أكثر الإصدارات استخدامًا هي النسخة الأولى من التحليل. لتنفيذه ، يتم تحديد معدل الترسيب بأي من الطرق التالية:
- يشاهد بالمجهر
- وزن الرواسب المتراكمة
- تحديد تركيز المرحلة المشتتة في فترة معينة من عملية التسوية ؛
- قياس الضغط الهيدروستاتيكي أثناء الهبوط ؛
- تحديد كثافة التعليق خلال فترة التسوية
مفهوم التعليق
المعلقات تُفهم على أنها أنظمة خشنة تتكون من مرحلة مشتتة صلبة ، يتجاوز حجمها الجسيمي 10 -5سم ، ووسط تشتت سائل. غالبًا ما توصف المعلقات بأنها معلقات للمواد المسحوقة في السوائل. في الواقع ، هذا ليس صحيحًا تمامًا ، لأن الملاط هي تعليق مخفف. تكون جزيئات المرحلة الصلبة مستقلة حركيًا ويمكن أن تتحرك بحرية في السائل.
في المعلقات الحقيقية (المركزة) ، التي تسمى غالبًا المعاجين ، تتفاعل الجزيئات الصلبة مع بعضها البعض. هذا يؤدي إلى تكوين بنية مكانية معينة.
هناك نوع آخر من الأنظمة المشتتة التي تتكون من مراحل مشتتة صلبة ووسط تشتيت سائل. يطلق عليهم الليوسولات. ومع ذلك ، فإن حجم الجسيمات أصغر بكثير (من 10-7إلى 10-5سم). في هذا الصدد ، يكون الترسيب فيها ضئيلًا ، لكن الليوسولات تتميز بظواهر مثل الحركة البراونية والتناضح والانتشار. يعتمد تحليل الترسيب للمعلقات على عدم استقرارها الحركي. هذا يعني أن المعلقات تتميز بالتغير الزمني لمثل هذه المعلمات مثل النقاء وتوزيع التوازن للجسيمات في وسط تشتت.
المنهجية
يتم إجراء تحليل الترسيب باستخدام ميزان الالتواء بكوب من رقائق الفويل(قطرها 1-2 سم) وكوب طويل. قبل البدء في التحليل ، يتم وزن الكوب في وسط تشتيت ، وغمره في دورق مملوء وموازنة الميزان. إلى جانب ذلك ، يتم قياس عمق غمرها. بعد ذلك ، يتم إزالة الكوب ووضعه بسرعة في كوب مع تعليق الاختبار ، بينما يجب تعليقه على خطاف عارضة التوازن. في نفس الوقت ، ستبدأ ساعة الإيقاف. يحتوي الجدول على بيانات عن كتلة الترسيب المتسارع عند نقاط زمنية عشوائية.
| الوقت من بداية الدراسة ، s | كتلة الكأس مع الرواسب ز | كتلة الرواسب g | 1 / t، c-1 | حد الترسيب g |
باستخدام بيانات الجدول ، ارسم منحنى الترسيب على ورقة الرسم البياني. يتم رسم كتلة الجسيمات المستقرة على طول المحور الإحداثي ، ويتم رسم الوقت على طول محور الإحداثي. في هذه الحالة ، يتم تحديد مقياس مناسب بحيث يكون مناسبًا لإجراء المزيد من العمليات الحسابية الرسومية.
تحليل المنحنى
في وسط أحادي التشتت ، سيكون معدل ترسيب الجسيمات هو نفسه ، مما يعني أن الاستقرار سوف يتميز بالتوحيد. سيكون منحنى الترسيب في هذه الحالة خطيًا.
أثناء تسوية تعليق متعدد التشتت (وهو ما يحدث عمليًا) ، تختلف الجسيمات ذات الأحجام المختلفة أيضًا في سرعة الاستقرار. يتم التعبير عن هذا على الرسم البياني في عدم وضوح حدود طبقة الاستقرار.
تتم معالجة منحنى الهبوط بتقسيمه إلى عدة شرائح ورسم الظلال. كل ظل سيميز هبوط منفصلجزء أحادي من التعليق.
فكرة عامة عن توزيع حجم الجسيمات
عادةً ما يسمى المحتوى الكمي لجزيئات ذات حجم معين في الصخر بالتركيب الحبيبي. تعتمد بعض خصائص الوسائط المسامية عليها ، على سبيل المثال ، النفاذية ، ومساحة السطح المحددة ، والمسامية ، وما إلى ذلك. بناءً على هذه الخصائص ، يمكن استخلاص استنتاجات حول الظروف الجيولوجية لتكوين الرواسب الصخرية. هذا هو السبب في أن واحدة من أولى المراحل في دراسة الصخور الرسوبية هي التحليل الحبيبي.
وهكذا ، وفقًا لنتائج تحليل التركيب الحبيبي للرمال الملامسة للنفط ، فإنهم يختارون المعدات وإجراءات العمل في ممارسة حقول النفط. يساعد على اختيار المرشحات لمنع الرمال من دخول البئر. تحدد كمية الطين والمعادن المشتتة الغروانية في التركيبة عمليات امتصاص الأيونات ، وكذلك درجة انتفاخ الصخور في الماء.
تحليل رسوبي للتكوين الحبيبي للصخور
نظرًا لحقيقة أن تحليل أنظمة التشتت بناءً على مبادئ الترسيب له عدد من القيود ، فإن استخدامه في شكله النقي لدراسة قياس الحبيبات لتكوين الصخور لا يوفر الموثوقية والدقة اللازمتين. اليوم يتم تنفيذه باستخدام معدات حديثة باستخدام برامج الكمبيوتر.
إنها تسمح بدراسة جزيئات الصخور من طبقة البداية ، وتسمح لك بالتسجيل المستمر للتراكمالرواسب ، باستثناء التقريب بالمعادلات ، تقيس معدل الترسيب مباشرة. ولا يقل أهمية عن ذلك أنها تسمح بدراسة ترسيب الجسيمات غير المنتظمة. يتم تحديد النسبة المئوية للكسر من حجم أو آخر بواسطة الكمبيوتر ، بناءً على الكتلة الكلية للعينة ، مما يعني أنه لا داعي للقياس قبل التحليل.
