ماهیت روش تجزیه و تحلیل رسوب اندازه گیری سرعت ته نشین شدن ذرات (عمدتا از یک محیط مایع) است. و با استفاده از مقادیر نرخ ته نشینی، اندازه این ذرات و سطح ویژه آنها محاسبه می شود. این روش پارامترهای ذرات بسیاری از سیستم‌های پراکنده مانند سوسپانسیون‌ها، آئروسل‌ها، امولسیون‌ها را تعیین می‌کند.
مفهوم پراکندگی
یکی از پارامترهای تکنولوژیکی اصلی مشخص کننده مواد و مواد در فرآیندهای مختلف تولید، ظرافت آنهاست. لزوماً در هنگام انتخاب دستگاه برای فناوری شیمیایی، در تولید محصولات مختلف غذایی و غیره مورد توجه قرار می گیرد. این نه تنها به این دلیل است که با کاهش ذرات مواد، سطح فازها افزایش می یابد و میزان برهمکنش آنها افزایش می یابد، بلکه به این دلیل است که برخی از خواص سیستم در این مورد تغییر می کند.. به ویژه، حلالیت افزایش می یابد، واکنش پذیری افزایش می یابدمواد، دمای انتقال فاز کاهش می یابد. بنابراین، یافتن ویژگی های کمی پراکندگی سیستم های مختلف و در تجزیه و تحلیل رسوب ضروری شد.
بسته به اینکه اندازه ذرات در فاز پراکنده چگونه به هم مرتبط هستند، سیستم ها به monodisperse و polydisperse تقسیم می شوند. اولی منحصراً از ذرات هم اندازه تشکیل شده است. چنین سیستم های پراکنده ای بسیار نادر هستند و در واقعیت بسیار نزدیک به سیستم های تک پراکنده واقعی هستند. از سوی دیگر، اکثریت قریب به اتفاق سیستم های پراکنده موجود چند پراکنده هستند. این بدان معنی است که آنها از ذرات متفاوت در اندازه تشکیل شده اند و محتوای آنها یکسان نیست. در جریان تجزیه و تحلیل رسوب سیستم های پراکنده، اندازه ذرات تشکیل دهنده آنها تعیین می شود و به دنبال آن منحنی توزیع اندازه آنها ساخته می شود.
مبانی نظری
رسوب فرآیند رسوب ذرات است که فاز پراکنده در محیط های گازی یا مایع را تحت تأثیر گرانش تشکیل می دهند. اگر ذرات (قطرات) در امولسیون های مختلف شناور شوند، می توان رسوب را معکوس کرد.
گرانش Fg که بر روی ذرات کروی تأثیر می گذارد را می توان با استفاده از فرمول تصحیح هیدرواستاتیک محاسبه کرد:
Fg=4/3 π r3 (ρ-ρ0) گرم،
جایی که ρ چگالی ماده است. r شعاع ذره است. ρ0 - چگالی سیال. g - شتابسقوط آزاد.
نیروی اصطکاک Fη که توسط قانون استوکس توصیف شده است، با ته نشین شدن ذرات مقابله می کند:
Fη=6 π η r ᴠsed, که در آن ᴠsed سرعت ذره و η ویسکوزیته سیال است.
در یک نقطه از زمان، ذرات با سرعت ثابت شروع به ته نشین شدن می کنند، که با برابری نیروهای مخالف توضیح داده می شود Fg=Fη ، به این معنی که برابری نیز صادق است:
4/3 π r3 (ρ-ρ0) g=6 π η r ·ᴠ sed. با تبدیل آن، می توانید فرمولی دریافت کنید که رابطه بین شعاع ذره و سرعت ته نشینی آن را منعکس می کند:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) g)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
اگر در نظر بگیریم که سرعت ذرات را می توان به عنوان نسبت مسیر H به زمان حرکت τ تعریف کرد، می توانیم معادله استوکس را بنویسیم:
ᴠsat=N/t.
پس شعاع ذره را می توان با زمان ته نشینی آن با معادله:
مرتبط کرد.
r=K √N/t.
با این حال، شایان ذکر است که چنین توجیه نظری تجزیه و تحلیل رسوب تحت تعدادی از شرایط معتبر خواهد بود:
- اندازه ذرات جامد باید بین 10–5 تا 10-2 را ببینید
- ذرات باید کروی باشند.
- ذرات باید با سرعت ثابت و مستقل از ذرات همسایه حرکت کنند.
- اصطکاک باید یک پدیده داخلی یک محیط پراکندگی باشد.
با توجه به این واقعیت که تعلیق واقعی اغلب حاویذرات که به طور قابل توجهی از نظر شکل با ذرات کروی تفاوت دارند، مفهوم شعاع معادل را برای اهداف تجزیه و تحلیل رسوب معرفی می کنند. برای انجام این کار، شعاع ذرات کروی فرضی ساخته شده از همان مواد واقعی در تعلیق مورد مطالعه و ته نشین شدن با همان سرعت در معادلات محاسباتی جایگزین می شود.
در عمل، ذرات در سیستم های پراکنده از نظر اندازه ناهمگن هستند و وظیفه اصلی تجزیه و تحلیل رسوب را می توان تجزیه و تحلیل توزیع اندازه ذرات در آنها نامید. به عبارت دیگر، در طول مطالعه سیستم های چند پراکنده، محتوای نسبی کسرهای مختلف (مجموعه ای از ذرات که اندازه آنها در یک بازه معین قرار دارد) پیدا می شود.
ویژگی های تجزیه و تحلیل رسوب
رویکردهای مختلفی برای انجام تجزیه و تحلیل سیستم های پراکنده با رسوب گذاری وجود دارد:
- نظارت در میدان گرانشی سرعت نشستن ذرات در مایع آرام؛
- هم زدن سوسپانسیون برای جداسازی بعدی آن به کسری از ذرات با اندازه های معین در یک جت مایع؛
- جداسازی مواد پودری به کسری با اندازه ذرات معین، انجام شده توسط جداسازی هوا؛
- نظارت در یک میدان گریز از مرکز بر پارامترهای نشست سیستم های بسیار پراکنده.
یکی از پرکاربردترین نسخه ها، اولین نسخه آنالیز است. برای اجرای آن، نرخ رسوب با یکی از روش های زیر تعیین می شود:
- نگاه کردن از طریق میکروسکوپ؛
- وزن کردن رسوبات انباشته شده؛
- تعیین غلظت فاز پراکنده در یک دوره معین از فرآیند ته نشینی؛
- اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک در هنگام فرونشست؛
- تعیین چگالی تعلیق در طول دوره ته نشینی.
مفهوم تعلیق
سوسپانسیون‌ها به عنوان سیستم‌های درشتی شناخته می‌شوند که توسط یک فاز پراکنده جامد، که اندازه ذرات آن از ۱۰-۵ سانتی‌متر تجاوز می‌کند، و یک محیط پخش مایع تشکیل شده‌اند. سوسپانسیون ها اغلب به عنوان سوسپانسیون مواد پودری در مایعات شناخته می شوند. در واقع، این کاملا درست نیست، زیرا دوغاب ها سوسپانسیون های رقیق هستند. ذرات فاز جامد از نظر جنبشی مستقل هستند و می توانند آزادانه در مایع حرکت کنند.
در سوسپانسیون های واقعی (غلیظ)، که اغلب خمیر نامیده می شوند، ذرات جامد با یکدیگر تعامل دارند. این منجر به تشکیل یک ساختار فضایی خاص می شود.
نوع دیگری از سیستم های پراکنده وجود دارد که توسط فازهای پراکنده جامد و محیط های پخش مایع تشکیل شده اند. آنها لیوسول نامیده می شوند. با این حال، اندازه ذرات بسیار کوچکتر است (از 10-7 تا 10-5 سانتی متر). از این نظر، رسوب در آنها ناچیز است، اما لیوسول ها با پدیده هایی مانند حرکت براونی، اسمز و انتشار مشخص می شوند. تجزیه و تحلیل ته نشینی سوسپانسیون ها بر اساس ناپایداری جنبشی آنها است. این به این معنی است که سوسپانسیون ها با تغییر زمانی پارامترهایی مانند ظرافت و توزیع تعادلی ذرات در یک محیط پراکندگی مشخص می شوند.
روش شناسی
تجزیه و تحلیل رسوب با استفاده از تعادل پیچشی با یک فنجان فویل انجام می شود(قطر 1-2 سانتی متر) و یک لیوان بلند. قبل از شروع تجزیه و تحلیل، فنجان در یک محیط پراکنده وزن می شود، آن را در یک لیوان پر غوطه ور می کند و تعادل را متعادل می کند. همراه با این، عمق غوطه وری آن اندازه گیری می شود. پس از آن، فنجان برداشته می شود و به سرعت در یک لیوان با تعلیق آزمایش قرار می گیرد، در حالی که باید آن را روی قلاب تیر تعادل آویزان کنید. در همان زمان، کرونومتر شروع به کار می کند. جدول حاوی داده هایی در مورد جرم بارش در نقاط دلخواه در زمان است.
| زمان از شروع مطالعه، s | جرم فنجان با رسوب، g | جرم رسوب، g | 1/t، c-1 | محدودیت رسوب، g |
با استفاده از داده های جدول، منحنی رسوب را روی کاغذ گراف رسم کنید. جرم ذرات ته نشین شده در امتداد محور ارتین و زمان در امتداد محور آبسیسا رسم می شود. در این مورد، یک مقیاس مناسب انتخاب می شود تا برای انجام محاسبات گرافیکی بیشتر راحت باشد.
تحلیل منحنی
در یک محیط تک پراکنده، نرخ ته نشینی ذرات یکسان خواهد بود، به این معنی که ته نشینی با یکنواختی مشخص می شود. منحنی رسوب در این حالت خطی خواهد بود.
در طول ته نشین شدن یک سوسپانسیون پلی دیسپرس (که در عمل اتفاق می افتد)، ذرات با اندازه های مختلف از نظر سرعت ته نشینی نیز متفاوت هستند. این در نمودار در تار شدن مرز لایه ته نشینی بیان می شود.
منحنی فرونشست با تقسیم آن به چند بخش و رسم مماس پردازش می شود. هر مماس فرونشست یک جداگانه را مشخص می کندبخشی از سیستم تعلیق را تک پراکنده کنید.
ایده کلی از توزیع اندازه ذرات
محتوای کمی ذرات با اندازه معین در سنگ معمولاً ترکیب گرانولومتری نامیده می شود. برخی از خواص محیط متخلخل به آن بستگی دارد، به عنوان مثال، نفوذپذیری، سطح ویژه، تخلخل و غیره. بر اساس این ویژگی ها، به نوبه خود می توان در مورد شرایط زمین شناسی تشکیل نهشته های سنگی نتیجه گیری کرد. به همین دلیل یکی از اولین مراحل در مطالعه سنگ های رسوبی، آنالیز گرانولومتری است.
بنابراین، با توجه به نتایج تجزیه و تحلیل ترکیب گرانولومتری ماسه‌ها در تماس با نفت، تجهیزات و روش‌های کاری را در عمل میدان نفتی انتخاب می‌کنند. این به انتخاب فیلترها برای جلوگیری از ورود شن و ماسه به چاه کمک می کند. مقدار رس و مواد معدنی پراکنده کلوئیدی در ترکیب، فرآیندهای جذب یون‌ها و همچنین میزان تورم سنگها را در آب تعیین می‌کند.
تجزیه و تحلیل رسوبی ترکیب گرانولومتری سنگها
با توجه به این واقعیت که تجزیه و تحلیل سیستم های پراکنده بر اساس اصول ته نشینی دارای تعدادی محدودیت است، استفاده از آن به شکل خالص برای مطالعه گرانولومتری ترکیب سنگ، اطمینان و دقت لازم را ارائه نمی دهد. امروزه با استفاده از تجهیزات مدرن و با استفاده از برنامه های کامپیوتری انجام می شود.
آنها امکان مطالعه ذرات سنگ از لایه شروع را فراهم می کنند، به شما امکان می دهند به طور مداوم انباشتگی را ثبت کنید.رسوب، به استثنای تقریب با معادلات، نرخ رسوب را مستقیماً اندازه گیری می کند. و، نه کمتر مهم، آنها اجازه می دهد تا مطالعه رسوب ذرات نامنظم شکل. درصد کسری یک اندازه یا اندازه دیگر توسط کامپیوتر بر اساس جرم کل نمونه تعیین می شود، به این معنی که قبل از تجزیه و تحلیل نیازی به وزن کردن ندارد.
