Характеристика дисперсных систем. Однородные и неоднородные жидкостные системы

Инновационный Евразийский  Университет

Факультет очного обучения инженерной академии

Кафедра «Химия и металлургия»

 

 

 

 

 

 

 

Доклад

 

 

Тема: «Характеристика  дисперсных систем. Однородные и неоднородные жидкостные системы»

 

по дисциплине «Основные процессы и аппараты химико-технологического производства»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: ст. гр. ХТНВ – 302

Олина М.А.

Проверила: пр. Шуленова А.М.

 

 

 

 

Павлодар 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение
Основные понятия и определения	4
Степень дисперсности	5
Классификация дисперсных систем	6
Методы разделения неоднородных систем	8
Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В природе не существует абсолютно чистых веществ. Даже те вещества, которые мы считаем чистыми, всегда содержат хотя бы небольшое количество примесей. Наличие примесей порой очень сильно меняет свойства веществ.

Дисперсная система – микрогетерогенная  система, состоящая из  двух

и более фаз, разделенных между собой сильно развитой  межфазной   поверхностью,   причем   одна   из  фаз   находится   внутри  другой в виде множества мелких частиц, капель или пузырьков. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда. Фазы дисперсной системы совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Дисперсные системы могут иметь и более сложное строение, например, представлять собой двухфазное образование, каждая из фаз которого, будучи непрерывной, проникает в объем другой фазы. К таким системам относятся твердые тела, пронизанные разветвленной системой каналов-пор, заполненных газом или жидкостью, некоторые микрогетерогенные полимерные композиции и др. Нередки случаи, когда дисперсионная среда "вырождается" до тончайших слоев (пленок), разделяющих частицы дисперсной фазы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

Понятие      дисперсной       системы      тесно     связано     с   понятиями 

однородных и неоднородных систем. 

Гомогенная  система  – макроскопически однородная  система, химический  состав и физические  свойства которой во  всех  ее частях одинаковы или изменяются непрерывно (без скачков), внутри которой

отсутствуют поверхности  контакта фаз. 

В качестве примера гомогенной системы можно привести чистую воду,  полностью  заполняющую  некоторый  рассматриваемый  объем .  Однако  вода  в различных областях  этого объема  может иметь различную температуру и находиться  под различным давлением, в результате чего ее свойства при переходе от одного места к другому могут плавно (непрерывно) изменяться. 

       Гетерогенная система – макроскопически неоднородная система, состоящая из двух и более гомогенных частей (фаз), разделенных поверхностями межфазного раздела, при переходе через которые        скачкообразно изменяются химический состав или физические свойства. 

       Примером гетерогенной системы может служить емкость, частично заполненная водой, а частично – маслом. Так как данные жидкости не смешиваются, то при переходе из одной жидкости  в  другую  скачком  изменятся  физико-химические  свойства:  плотность, вязкость и т.д. 

       Дисперсная система – микрогетерогенная система, состоящая из  двух     и   более фаз, разделенных между собой сильно развитой  межфазной   поверхностью,   причем   одна   из   фаз   находится   внутри  другой в виде множества мелких частиц, капель или пузырьков. 

       Если тщательно перемешать воду и масло, то одна из них разобьется внутри другой на множество мелких капель, и гетерогенная  система станет дисперсной.

Следует четко различать дисперсные системы и истинные растворы. В истинных растворах растворенное вещество распадается  в  растворителе  до  молекулярного  уровня. В дисперсных системах  вещество разбито на мелкие частицы, которые в то же время состоят из значительного числа     молекул     и существенно больше их по размерам.

В  качестве  наглядного  примера  различия  между  дисперсными  системами  и   истинными        растворами        можно      привести      процесс  растворения кристаллов столовой соли в воде. Когда соль, брошенная  в воду, еще не растворилась и находится в форме кристаллов, система  "соль + вода" является дисперсной. После окончательного растворения соли,  когда кристаллы распадаются в воде  на  отдельные молекулы,  система "соль + вода" является истинным раствором. 

Фазы, которые образуют дисперсную систему, принято называть 

дисперсной фазой и  дисперсионной средой. 

Дисперсная  фаза  – это фаза,  разбитая  на  отдельные мелкие  частицы, капли или пузырьки. 

Дисперсионная  среда  – это непрерывная  фаза,  внутри  которой раздроблена дисперсная. 

Диспергирование – процесс разбиения макроскопических объемов на мелкие частицы с образованием дисперсных систем. 

С течением времени отдельные частицы  могут слипаться друг с другом или объединяться с образованием более крупных частиц. Эти  процессы  приводят к разрушению дисперсной  системы на  отдельные фазы  и  называются  коагуляцией.  В  случае,  когда  хотят  подчеркнуть,  что частицы объединяются с образованием более крупных, говорят о  процессах коалесценции. 

 

1.1.  Степень дисперсности

 

Дисперсность или степень  дисперсности гетерогенных систем зависит  от размеров частиц дисперсной фазы. Она  представляет собой величину, обратную диаметру частиц:

∆=1/d_ср,  (1)

 

где  ∆− степень  дисперсности, м^-1;

d_ср − средний размер частиц дисперсной фазы, м.

Для характеристики степени дисперсности используют также  понятие удельной поверхности частиц:

, (2)

где  s_о − удельная поверхность частиц, м²/м³;

S − поверхность  частицы, м²;

V − объём частицы, м³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Классификация дисперсных систем

 

Под однородной жидкостной системой понимают чистую жидкость или раствор в ней  каких-либо веществ. Неоднородной, или  гетерогенной, жидкостной системой называют жидкости, в которых находятся какие-либо нерастворенные вещества в виде мельчайших частиц. Гетерогенные системы часто называют дисперсными.

Наиболее общая классификация  дисперсных систем, основанная на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среды и дисперсной фазы, была предложена Вольфгангом Оствальдом и затем несколько упрощена Р. Зигмонди. Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем. Для краткости записи их принято обозначать дробью, числитель которой указывает на дисперсную фазу, а знаменатель на дисперсионную среду, например для системы «газ в жидкости» принято обозначение Г/Ж.

 

Обозначение	Дисперсная фаза	Дисперсионная среда	Название и пример
Г/Г	Газообразная	Газообразная	Дисперсная система  не образуется
Ж/Г	Жидкая	Газообразная	Аэрозоли: туманы, облака
Т/Г	Твёрдая	Газообразная	Аэрозоли (пыли, дымы), порошки
Г/Ж	Газообразная	Жидкая	Газовые эмульсии и пены
Ж/Ж	Жидкая	Жидкая	Эмульсии: нефть, крем, молоко
Т/Ж	Твёрдая	Жидкая	Суспензии и золи: пульпа, ил, взвесь, паста
Г/Т	Газообразная	Твёрдая	Пористые тела
Ж/Т	Жидкая	Твёрдая	Капиллярные системы: жидкость в пористых телах, грунт, почва
Т/Т	Твёрдая	Твёрдая	Твёрдые гетерогенные системы: сплавы, бетон, ситаллы, композиционные материалы

 

Суспензия - взвесь частиц одного или нескольких твердых веществ в жидкой среде. Обычно твердые частицы настолько велики, что они постепенно оседают под действием силы тяжести. Размеры взвешенных частиц суспензий более 1000 нанометров (1 нм = 1 · 10−9 м). Устойчивые суспензии образуются в тех случаях, когда плотности твердой и жидкой фаз почти не различаются или на твердых частицах адсорбируются полярные молекулы жидкой фазы или ионы растворенных веществ. Одноименно заряженные твердые частицы при своем движении уже не сталкиваются и не слипаются. Примеры суспензии - известковое молоко, гуашевые краски и другие краски, содержащие минеральные пигменты, фруктовый сок с мякотью и т.д.

Эмульсия — дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде). Эмульсии могут быть образованы двумя любыми несмешивающимися жидкостями; в большинстве случаев одной из фаз эмульсий является вода, а другой - вещество, состоящее из слабополярных молекул (например, жидкие углеводороды, жиры). Например, молоко — одна из первых изученных эмульсий: в нём капли молочного жира распределены в водной среде.

Дисперсные        системы       с   газовой      дисперсионной         средой

называются аэрозолями. Если в газовой среде находятся мелкие капли 

жидкости, то такая система  называется туманом. Если в газовой  среде 

находятся  твердые  частицы,  то  такая  система  в  зависимости  от  типа 

твердых частиц называется пылью, дымом или порошком. 

Пеной  называется  дисперсная  система,  состоящая  из  множества 

газовых   пузырьков,   разделенных   между   собой   тонкими   жидкими 

перегородками. 

Коллоидные  растворы (или золи) - системы, включающие среду, где распределены очень мелкие (микрогетерогенные) частицы, участвующие в интенсивном беспорядочном движении. Это явление (броуновское движение) открыл английский ученый, ботаник Р. Броун (1773-1858г.). В коллоидном растворе взвешенные частицы равномерно распределены по объему и очень медленно осаждаются (коагулируют). В качестве примера коллоидного раствора можно привести раствор серы в воде.

По кинетическим свойствам  дисперсной фазы дисперсные системы  можно разделить на два класса:

• свободнодисперсные системы, у которых дисперсная фаза подвижна;
• связнодисперсные системы, дисперсионная среда которых твердая, а частицы их дисперсной фазы связаны между собой и не могут свободно перемещаться.

По размерам частиц дисперсной фазы выделяют высокодисперсные (ультрамикрогетерогенные) 10^–9–10^–7 м, среднедисперсные (микрогетероген –

ные) 10^–7–10^–5 м и грубодисперсные системы более 10^–5м.

Ультрамикрогетерогенные системы также называют коллоидными  или золями. В зависимости от природы  дисперсионной среды, золи подразделяют на твёрдые золи, аэрозоли (золи с  газообразной дисперсионной средой) и лиозоли (золи с жидкой дисперсионной средой). К грубодисперсным системам относят суспензии, эмульсии, пены и порошки. Наиболее распространёнными грубодисперсными системами являются системы «твёрдое — газ», например, песок.

3.  Методы разделения неоднородных систем

 

Процессы, связанные с  разделением неоднородных систем, играют большую роль в химической технологии при подготовке сырья и очистке  готовых продуктов, при очистке  сточных вод и отходящих газов, а также при выделении из них ценных компонентов.

 

Применяют следующие  основные методы разделения: осаждение, фильтрование и мокрую очистку газов.

 

Осаждение - процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести (отстаивание), центробежной силы (циклонный процесс и центрифугирование), сил инерции, электростатических сил (очистка газов в электрическом поле).

 

Фильтрование - процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений. В случаях, когда разность давлений создается центробежными силами, процесс называют центробежным фильтрованием.

 

Мокрая очистка  газов - процесс разделения, основанный на улавливании взвешенных в газе частиц жидкостью. Улавливание осуществляется, как правило, под действием сил инерции.

 

Выбор метода разделения зависит от концентрации дисперсных частиц, их размера, требований к качеству разделения, а также от разницы плотностей дисперсной и сплошной фаз и вязкости последней.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Стабников В.Н., Лыснянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1985. – 503с.
2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1995. – 400с.
3. Кавецкий Г. Д., Королев А. В. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: ВО "Агропромиздат", 1991.432 с.
4. http://www.allbest.ru/