Անալիզի նստվածքային մեթոդի էությունը մասնիկների նստեցման արագության չափումն է (հիմնականում հեղուկ միջավայրից): Եվ օգտագործելով նստեցման արագության արժեքները, հաշվարկվում են այս մասնիկների չափերը և դրանց հատուկ մակերեսը: Այս մեթոդը որոշում է բազմաթիվ տեսակի դիսպերս համակարգերի մասնիկների պարամետրերը, ինչպիսիք են կախոցները, աերոզոլները, էմուլսիաները, այսինքն՝ դրանք, որոնք տարածված են և կարևոր արդյունաբերության տարբեր ճյուղերի համար։
Ցրվածության հայեցակարգ
Տարբեր արտադրական գործընթացներում նյութերն ու նյութերը բնութագրող հիմնական տեխնոլոգիական պարամետրերից մեկը դրանց նուրբությունն է։ Այն անպայմանորեն հաշվի է առնվում քիմիական տեխնոլոգիայի ապարատի ընտրության ժամանակ, տարբեր սննդամթերքի արտադրության ժամանակ և այլն: Դա պայմանավորված է ոչ միայն այն հանգամանքով, որ նյութերի մասնիկների նվազմամբ մեծանում է փուլերի մակերեսը և մեծանում է դրանց փոխազդեցության արագությունը, այլ նաև այն պատճառով, որ այս դեպքում փոխվում են համակարգի որոշ հատկություններ:. Մասնավորապես, մեծանում է լուծելիությունը, մեծանում է ռեակտիվությունընյութեր, փուլային անցումների ջերմաստիճանները նվազում են։ Հետևաբար, անհրաժեշտություն առաջացավ գտնել տարբեր համակարգերի ցրվածության քանակական բնութագրերը և նստվածքային վերլուծության մեջ:
Կախված նրանից, թե ինչպես են կապված ցրված փուլում մասնիկների չափերը, համակարգերը բաժանվում են մոնադիսպերսի և պոլիդիսպերսի: Առաջինները բաղկացած են բացառապես նույն չափի մասնիկներից։ Նման ցրված համակարգերը բավականին հազվադեպ են և իրականում շատ մոտ են իսկական մոնադիսպերսային համակարգերին: Մյուս կողմից, գոյություն ունեցող ցրված համակարգերի ճնշող մեծամասնությունը պոլիդիսպերս է: Սա նշանակում է, որ դրանք բաղկացած են չափերով տարբեր մասնիկներից, և դրանց պարունակությունը նույնը չէ։ Դիսպերս համակարգերի նստվածքային վերլուծության ընթացքում որոշվում են դրանք կազմող մասնիկների չափերը, որին հաջորդում է դրանց չափերի բաշխման կորերի կառուցումը։
Տեսական հիմունքներ
Նստվածքը մասնիկների նստեցման գործընթացն է, որոնք կազմում են ցրված փուլը գազային կամ հեղուկ միջավայրում գրավիտացիայի ազդեցության ներքո: Նստվածքը կարող է հակադարձվել, եթե մասնիկները (կաթիլները) լողում են տարբեր էմուլսիաներում:
Ձգողականությունը Fg, որը գործում է գնդաձև մասնիկների վրա, կարելի է հաշվարկել հիդրոստատիկ ուղղման բանաձևով՝
Fg=4/3 պ r3 (ρ-ρ0) գ, որտեղ ρ-ն նյութի խտությունն է; r-ը մասնիկների շառավիղն է; ρ0 – հեղուկի խտություն; g - արագացումազատ անկում.
Շփման ուժը Fη, նկարագրված է Սթոքսի օրենքով, հակադրվում է մասնիկների նստեցմանը.
Fη=6 պ η r ᴠsed, որտեղ ᴠsed-ը մասնիկների արագությունն է, իսկ η-ն հեղուկի մածուցիկությունն է:
Ժամանակի ինչ-որ պահի մասնիկները սկսում են նստել հաստատուն արագությամբ, ինչը բացատրվում է հակադիր ուժերի հավասարությամբ Fg=Fη, ինչը նշանակում է, որ հավասարությունը նույնպես ճիշտ է.
4/3 պ r3 (ρ-ρ0) g=6 π η r ·ᴠ sed. Փոխակերպելով այն՝ դուք կարող եք ստանալ բանաձև, որն արտացոլում է մասնիկների շառավիղի և դրա նստեցման արագության փոխհարաբերությունը՝
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) g)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
Եթե հաշվի առնենք, որ մասնիկների արագությունը կարելի է սահմանել որպես նրա H ուղու հարաբերակցությունը շարժման ժամանակին, ապա կարող ենք գրել Սթոքսի հավասարումը.
ᴠsat=N/t.
Այնուհետև մասնիկի շառավիղը կարելի է կապել դրա նստեցման ժամանակի հետ՝
հավասարմամբ.
r=K √N/t.
Սակայն, հարկ է նշել, որ նստվածքային վերլուծության նման տեսական հիմնավորումը վավեր կլինի մի շարք պայմաններում.
- Պինդ մասնիկների չափը պետք է լինի 10–5-ից մինչև 10–2 տես
- Մասնիկները պետք է լինեն գնդաձև։
- Մասնիկները պետք է շարժվեն հաստատուն արագությամբ և անկախ հարևան մասնիկներից:
- Շփումը պետք է լինի դիսպերսիոն միջավայրի ներքին երևույթ:
-ի միջև
Պայմանավորված է նրանով, որ իրական կախոցները հաճախ պարունակում ենայն մասնիկները, որոնք իրենց ձևով զգալիորեն տարբերվում են գնդաձևից, ներմուծում են համարժեք շառավիղ հասկացությունը նստվածքային վերլուծության նպատակով: Դրա համար հիպոթետիկ գնդաձև մասնիկների շառավիղը, որոնք պատրաստված են նույն նյութից, ինչ իրականը, ուսումնասիրված կախոցում և նստում են նույն արագությամբ, փոխարինվում է հաշվարկային հավասարումների մեջ:
Գործնականում ցրված համակարգերում մասնիկները չափերով տարասեռ են, և նստվածքային վերլուծության հիմնական խնդիրը կարելի է անվանել դրանցում մասնիկների չափերի բաշխման վերլուծություն։ Այլ կերպ ասած, պոլիդիսպերս համակարգերի ուսումնասիրության ժամանակ հայտնաբերվում է տարբեր ֆրակցիաների հարաբերական պարունակությունը (մասնիկների մի շարք, որոնց չափերը գտնվում են որոշակի միջակայքում):
Նստվածքային վերլուծության առանձնահատկությունները
Գոյություն ունեն մի քանի մոտեցումներ ցրված համակարգերի նստվածքային վերլուծության իրականացման համար.
- մշտադիտարկում գրավիտացիոն դաշտում այն արագության, որով մասնիկները նստում են հանգիստ հեղուկում;
- կասեցման խառնում դրա հետագա բաժանման համար հեղուկ շիթով տրված չափերի մասնիկների ֆրակցիաների;
- փոշիացված նյութերի տարանջատում որոշակի մասնիկների չափսերով ֆրակցիաների, որն իրականացվում է օդի բաժանմամբ;
- մշտադիտարկում կենտրոնախույս դաշտում բարձր ցրված համակարգերի նստեցման պարամետրերի վրա:
Ամենատարածվածներից մեկը վերլուծության առաջին տարբերակն է։ Դրա իրականացման համար նստվածքի արագությունը որոշվում է հետևյալ մեթոդներից որևէ մեկով.
- դիտում մանրադիտակով;
- կուտակված նստվածքի կշռում;
- ցրված փուլի կոնցենտրացիայի որոշում նստեցման գործընթացի որոշակի ժամանակահատվածում;
- չափում հիդրոստատիկ ճնշումը նստեցման ժամանակ;
- որոշում է կասեցման խտությունը նստեցման ժամանակահատվածում:
Կասեցման հայեցակարգ
Կասեցումները հասկացվում են որպես կոպիտ համակարգեր, որոնք ձևավորվում են պինդ ցրված փուլով, որի մասնիկների չափը գերազանցում է 10-5 սմ-ը և հեղուկ ցրման միջավայրը: Կախոցները հաճախ բնութագրվում են որպես հեղուկների մեջ փոշիացված նյութերի կասեցումներ: Իրականում, սա ամբողջովին ճիշտ չէ, քանի որ ցողունները նոսր կախոցներ են: Պինդ փուլի մասնիկները կինետիկորեն անկախ են և կարող են ազատ տեղաշարժվել հեղուկում։
Իրական (խտացված) կախույթներում, որոնք հաճախ կոչվում են մածուկներ, պինդ մասնիկները փոխազդում են միմյանց հետ: Սա հանգեցնում է որոշակի տարածական կառուցվածքի ձևավորմանը։
Գոյություն ունի ցրված համակարգերի մեկ այլ տեսակ, որոնք ձևավորվում են պինդ ցրված փուլերով և հեղուկ ցրման միջավայրերով: Դրանք կոչվում են լյոսոլներ։ Այնուամենայնիվ, մասնիկի չափը շատ ավելի փոքր է (10-7-ից մինչև 10-5 սմ): Այս առումով նստվածքը դրանցում աննշան է, սակայն լյոսոլներին բնորոշ են այնպիսի երևույթներ, ինչպիսիք են Բրաունյան շարժումը, օսմոզը և դիֆուզիան։ Կախոցների նստվածքային վերլուծությունը հիմնված է դրանց կինետիկ անկայունության վրա: Սա նշանակում է, որ կախոցները բնութագրվում են այնպիսի պարամետրերի ժամանակային փոփոխականությամբ, ինչպիսիք են մասնիկների նուրբությունը և հավասարակշռության բաշխումը դիսպերսիոն միջավայրում:
Մեթոդաբանություն
Նստվածքային անալիզը կատարվում է փայլաթիթեղի գավաթով ոլորման հավասարակշռության միջոցով(տրամագիծը 1-2 սմ) և բարձր բաժակ։ Վերլուծությունը սկսելուց առաջ գավաթը կշռում են դիսպերսիոն միջավայրում՝ ընկղմելով այն լցված բաժակի մեջ և հավասարակշռելով հավասարակշռությունը: Դրա հետ մեկտեղ չափվում է նրա ընկղմման խորությունը։ Դրանից հետո բաժակը հանվում է և արագ տեղադրվում փորձնական կախոցով բաժակի մեջ, մինչդեռ այն պետք է կախված լինի հավասարակշռության ճառագայթի կեռիկից: Միաժամանակ կսկսվի վայրկյանաչափը։ Աղյուսակը պարունակում է տվյալներ տեղումների զանգվածի վերաբերյալ ժամանակի կամայական կետերում։
| Ուսումնառության սկզբից սկսած ժամանակը, s | Բաժակի զանգվածը նստվածքով, գ | Նստվածքի զանգված, գ | 1/t, c-1 | Նստվածքի սահմանաչափ, գ |
Օգտագործելով աղյուսակի տվյալները, գրաֆիկական թղթի վրա գծեք նստվածքի կորը: Նստված մասնիկների զանգվածը գծագրվում է օրդինատների առանցքի երկայնքով, իսկ ժամանակը` աբսցիսայի առանցքի երկայնքով: Այս դեպքում ընտրվում է համարժեք սանդղակ, որպեսզի հարմար լինի հետագա գրաֆիկական հաշվարկներ կատարել։
Կորի վերլուծություն
Միաձույլ ցրված միջավայրում մասնիկների նստեցման արագությունը կլինի նույնը, ինչը նշանակում է, որ նստվածքը բնութագրվում է միատեսակությամբ: Նստվածքի կորն այս դեպքում կլինի գծային։
Պոլիդիսպերսային կախոցի նստեցման ժամանակ (ինչը տեղի է ունենում պրակտիկայում), տարբեր չափերի մասնիկները նույնպես տարբերվում են նստեցման արագությամբ։ Սա արտահայտված է գրաֆիկի վրա նստվածքային շերտի սահմանի լղոզման մեջ:
Նվազման կորը մշակվում է՝ այն բաժանելով մի քանի հատվածների և գծելով շոշափողներ։ Յուրաքանչյուր շոշափող կբնութագրի առանձինի նստեցումըմիաձուլել կախոցի մի մասը։
Մասնիկների չափերի բաշխման ընդհանուր գաղափար
Որոշակի չափի մասնիկների քանակական պարունակությունը ապարում սովորաբար կոչվում է գրանուլոմետրիկ բաղադրություն։ Ծակոտկեն միջավայրի որոշ հատկություններ կախված են դրանից, օրինակ՝ թափանցելիությունը, հատուկ մակերեսը, ծակոտկենությունը և այլն։ Այս հատկությունների հիման վրա իր հերթին կարելի է եզրակացություններ անել ապարների հանքավայրերի առաջացման երկրաբանական պայմանների մասին։ Այդ իսկ պատճառով նստվածքային ապարների ուսումնասիրության առաջին փուլերից մեկը հատիկաչափական անալիզն է։
Այսպիսով, նավթի հետ շփվող ավազների գրանուլոմետրիկ բաղադրության վերլուծության արդյունքներով նրանք ընտրում են սարքավորումներ և աշխատանքային ընթացակարգեր նավթահանքային պրակտիկայում։ Այն օգնում է ընտրել զտիչներ, որպեսզի կանխեն ավազի մուտքը ջրհոր: Կազմում կավի և կոլոիդային ցրված միներալների քանակը որոշում է իոնների կլանման գործընթացները, ինչպես նաև ջրում ապարների ուռչելու աստիճանը։
Քարերի հատիկաչափական կազմի նստվածքային վերլուծություն
Քանի որ նստվածքի սկզբունքների վրա հիմնված ցրված համակարգերի վերլուծությունն ունի մի շարք սահմանափակումներ, դրա մաքուր տեսքով օգտագործումը ապարների կազմի հատիկաչափական ուսումնասիրության համար չի ապահովում պատշաճ հուսալիություն և ճշգրտություն: Այսօր այն իրականացվում է ժամանակակից սարքավորումների միջոցով՝ համակարգչային ծրագրերի միջոցով։
Դրանք թույլ են տալիս ուսումնասիրել ժայռերի մասնիկները սկզբնական շերտից, թույլ են տալիս անընդհատ գրանցել կուտակումընստվածքը, չհաշված հավասարումներով մոտարկումը, ուղղակիորեն չափում ենք նստվածքի արագությունը: Եվ, ոչ պակաս կարևոր, դրանք թույլ են տալիս ուսումնասիրել անկանոն ձև ունեցող մասնիկների նստվածքը։ Այս կամ այն չափի մասնաբաժնի տոկոսը որոշվում է համակարգչի կողմից՝ ելնելով նմուշի ընդհանուր զանգվածից, ինչը նշանակում է, որ այն պետք չէ կշռել նախքան վերլուծությունը։
