ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Поверхностные явления

В основе смачиваемости, капиллярности, гетерогенного катализа лежат те или иные свойства поверхности, отличные от объемных свойств тела. Отличие обусловлено тем, что молекулы внутри фазы испытывают в среднем одинаковое притяжение со всех сторон, молекулы же поверхност­ного слоя подвергаются неравному притяжению со стороны внутренних слоев вещества и со стороны окружающей среды. Так, на границе раздела «жидкость - воздух» молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном слое, испытывают большее притяжение со стороны соседних молекул внутренних слоев жидкости, чем со стороны молекул газа. Это обусловли­вает избыток свободной (нескомпенсированной) энергии в поверхностном слое жидкости. Очевидно, что подобное наблюдается и на поверхности твердой фазы. В этих и аналогичных случаях наличие избытка энергии в поверхностном слое определяет в конечном счете основные особенности последнего.

Если поверхность сравнительно невелика, то ее влияние проявляется слабо. Однако по мере увеличения поверхности, например, при измельче­нии вещества, влияние поверхностных свойств проявляется все сильнее (в степени пропорциональной квадрату уменьшения линейных размеров час­тиц). Поверхность некоторых веществ (адсорбентов, катализаторов) мо­жет достигать нескольких сотен квадратных метров на один грамм их мас­сы.

Из поверхностных явлений наибольшее практическое значение имеют поверхностное натяжение и адсорбция.

Для увеличения поверхности конденсированных веществ требуется разорвать связи, существующие между их частицами, т. е. произвести оп­ределенную работу. Величина этой работы, отнесенная к единице площа­ди, получила название поверхностного натяжения. Единицей его измере­ния является Дж/м. Избыток поверхностной энергии (поверхностное на­тяжение) приводит к тому, что возникают силы, стремящиеся сократить поверхность, чтобы минимизировать ее энергетический уровень. Они на­правлены по касательной к поверхности и имеют размерность Н/м, выте­кающую из размерности работы 1 Дж/м по образованию свободной по­верхности с учетом того, что 1 Дж = 1 Нм.

Поверхностное натяжение различных веществ неодинаково. Для жид­костей, в частности для ряда водных растворов солей, углеводородов,

22 спиртов, оно при 20°С составляет 15.30 мДж/м, для воды 72 мДж/м , для

Расплавов и шлаков изменяется от нескольких сотен до тысячи и более мДж/м.

Определено, что с повышением температуры поверхностное натяже­ние жидкости линейно уменьшается. Д. И.Менделеев (1860 г.) установил существование такой температуры, при которой поверхностное натяжение становится равным нулю, т. е. исчезает различие между жидкостью и па­ром. Выше этой температуры вещество уже не может находиться в жидком состоянии (критическая температура).

Поверхностное натяжение растворов может сильно отличаться от по­верхностных свойств чистых жидкостей. В растворе самопроизвольно про­текает процесс перехода в поверхностный слой и увеличение концентра­ции того компонента, от прибавления которого поверхностное натяжение жидкости уменьшается, т. е. снижается избыточная поверхностная энергия. Обычно таким компонентом является тот, который в чистом состоянии об­ладает меньшим поверхностным натяжением. Вещества, сильно снижаю­щие поверхностное натяжение жидкости, называют поверхностно - активными веществами (ПАВ).

На границе раздела двух несмешивающихся жидкостей также имеется избыточная энергия, которая называется межфазным натяжением. В про­стейшем случае, когда одна жидкость полностью растекается по поверхно­сти другой, соблюдается правило Антонова:

^1,2 = СТ1 - СТ2, (113)

Где а12 - межфазное натяжение на границе фаз 1-2; а1 и а2 - поверхностное натяжение этих фаз.

Отклонения от правила Антонова, связанные с неполной взаимной смачиваемостью жидкости, составляют обычно 3.5%.

При отрыве одной фазы от другой, например жидкости от твердого тела, выполняется работа W, называемая адгезией. Показано, что на грани­це фаз 1-2:

Ww = а +а2 - CTu. (1.14)

Отрыв одного слоя вещества от другого слоя этого же вещества по­требует работы, называемой когезией. Работа когезии

W^ = 2а. (1.15)

Поверхностные свойства веществ играют важную роль в таких явле­ниях, как смачиваемость поверхности, капиллярные явления и гетероген­ный катализ. Процессы адсорбции широко используют для поглощения вредных примесей, рекуперации, в коллоидной химии и в ряде других слу­чаев.

Для поглощения примесей применяют активированный уголь. Его чрезвычайно развитая поверхность лишь в несколько раз меньше макси­мально возможной, которую можно получить при условии, что все атомы углерода будут расположены в один, так называемый мономолекулярный слой. В частности, активированный уголь прекрасно поглощает органиче­ские вещества из окружающей среды при весьма малых их концентрациях. Это свойство активированного угля используют в противогазах, созданных Н. Д.Зелинским (1912 г.). На поглощении примесей основаны и многие про­цессы очистки и сушки различных газов в промышленности, способы ос­ветления и обесцвечивания растворов в производстве сахара, глюкозы, нефтепродуктов, фармацевтических препаратов.

При рекуперации явления адсорбции используют для извлечения цен­ных веществ из отходов. Так, воздух, содержащий пары бензола, ацетона и других летучих растворителей, пропускают через слой активированного угля или силикагеля, адсорбирующих их. Путем последующего нагревания адсорбента или продувки его водяным паром растворители можно выде­лить в чистом виде.

Большую роль играет адсорбция в красильной промышленности. Так, при крашении шерсти вначале происходит адсорбция красителя, за кото­рой следует химическая реакция в адсорбционном слое.

В значительной степени поверхностными явлениями, в частности ве­личиной поверхностного натяжения, определяются процессы перехода примесей из одной фазы в другую (системы металл - шлак в металлургии) и кристаллизации (литейное производство).

Академик П. А.Ребиндер создал новую научную дисциплину (физико - химическую механику грунтов), связанную с эффектом адсорбционного понижения прочности ряда веществ (горных пород, строительных мате­риалов и др.) с помощью небольших добавок ПАВ. Это дает возможность в ряде случаев интенсифицировать процесс механической обработки.

ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Источники загрязнения атмосферы

Загрязнением окружающей среды можно назвать изменение качества среды, способное вызвать отрицательные последствия. Считается, что одинаковые агенты оказывают одинаковые отрицательные воздействия не­зависимо от их происхождения, поэтому пыль, источником которой явля­ется природное …

Абсорбция газовых примесей

Некоторые жидкости и твердые вещества при контакте с многокомпо­нентной газовой средой способны избирательно извлекать из нее отдельные ингредиенты и поглощать (сорбировать) их. Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем …

Пенная сепарация поверхностно-активных веществ

Пенное фракционирование основано на селективной адсорбции од­ного или нескольких растворенных веществ на поверхности газовых пу­зырьков, которые поднимаются вверх через раствор. Образовавшаяся пена обогащается адсорбированным веществом, что и обеспечивает парциаль­ную сепарацию …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.