Thelbi i metodës së analizës së sedimentimit është matja e shkallës me të cilën grimcat vendosen (kryesisht nga një mjedis i lëngshëm). Dhe duke përdorur vlerat e shkallës së vendosjes, llogariten madhësitë e këtyre grimcave dhe sipërfaqja e tyre specifike. Kjo metodë përcakton parametrat e grimcave të shumë llojeve të sistemeve disperse, si suspensionet, aerosolet, emulsionet, pra ato që janë të përhapura dhe të rëndësishme për industri të ndryshme.
Koncepti i dispersionit
Një nga parametrat kryesorë teknologjikë që karakterizojnë substancat dhe materialet në procese të ndryshme prodhimi është finesa e tyre. Domosdoshmërisht merret parasysh gjatë përzgjedhjes së aparateve për teknologji kimike, në prodhimin e produkteve të ndryshme ushqimore etj. Kjo jo vetëm për faktin se me një ulje të grimcave të substancave, sipërfaqja e fazave rritet dhe shkalla e ndërveprimit të tyre rritet, por edhe për faktin se disa veti të sistemit ndryshojnë në këtë rast.. Në veçanti, tretshmëria rritet, reaktiviteti rritetsubstancat, temperaturat e kalimeve fazore ulen. Prandaj, u bë e nevojshme gjetja e karakteristikave sasiore të dispersionit të sistemeve të ndryshme dhe në analizën e sedimentimit.
Në varësi të asaj se si janë të lidhura madhësitë e grimcave në fazën e shpërndarë, sistemet ndahen në monodisperse dhe polydisperse. Të parët përbëhen ekskluzivisht nga grimca me të njëjtën madhësi. Sisteme të tilla disperse janë mjaft të rralla dhe në realitet janë shumë afër atyre monodisperse të vërteta. Nga ana tjetër, shumica dërrmuese e sistemeve ekzistuese disperse janë polidisperse. Kjo do të thotë se ato përbëhen nga grimca të ndryshme në madhësi dhe përmbajtja e tyre nuk është e njëjtë. Gjatë analizës së sedimentimit të sistemeve disperse, përcaktohen madhësitë e grimcave që i formojnë ato, të ndjekura nga ndërtimi i kurbave të tyre të shpërndarjes së madhësisë.
Bazat teorike
Sedimentimi është procesi i precipitimit të grimcave që përbëjnë fazën e shpërndarë në media të gazta ose të lëngshme nën veprimin e gravitetit. Sedimentimi mund të ndryshohet nëse grimcat (pikat) notojnë në emulsione të ndryshme.
Graviteti Fg që vepron në grimcat sferike mund të llogaritet duke përdorur formulën e korrigjimit hidrostatik:
Fg=4/3 π r3 (ρ-ρ0) g, ku ρ është dendësia e materies; r është rrezja e grimcave; ρ0 – dendësia e lëngut; g - nxitimirënia e lirë.
Forca e fërkimit Fη, e përshkruar nga ligji i Stokes, kundërshton vendosjen e grimcave:
Fη=6 π η r ᴠsed, ku ᴠsed është shpejtësia e grimcave dhe η është viskoziteti i lëngut.
Në një moment në kohë, grimcat fillojnë të vendosen me një shpejtësi konstante, e cila shpjegohet me barazinë e forcave kundërshtare Fg=Fη, që do të thotë se barazia është gjithashtu e vërtetë:
4/3 π r3 (ρ-ρ0) g=6 π η r ·ᴠ sed. Duke e transformuar atë, mund të merrni një formulë që pasqyron marrëdhënien midis rrezes së grimcave dhe shkallës së vendosjes së saj:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) g)) ᴠsed=K √ᴠ sed.
Nëse marrim parasysh se shpejtësia e grimcave mund të përkufizohet si raport i rrugës së saj H me kohën e lëvizjes τ, atëherë mund të shkruajmë ekuacionin e Stokes:
ᴠsat=N/t.
Atëherë rrezja e grimcës mund të lidhet me kohën e vendosjes së saj me ekuacionin:
r=K √N/t.
Megjithatë, vlen të përmendet se një justifikim i tillë teorik i analizës së sedimentimit do të jetë i vlefshëm në një numër kushtesh:
- Madhësia e grimcave të ngurta duhet të jetë midis 10–5 deri në 10–2 shiko
- Grimcat duhet të jenë sferike.
- Grimcat duhet të lëvizin me një shpejtësi konstante dhe të pavarur nga grimcat fqinje.
- Fërkimi duhet të jetë një fenomen i brendshëm i një mediumi dispersioni.
Për faktin se pezullimet reale shpesh përmbajnëgrimcat që ndryshojnë dukshëm në formë nga ato sferike prezantojnë konceptin e rrezes ekuivalente për qëllime të analizës së sedimentimit. Për ta bërë këtë, rrezja e grimcave sferike hipotetike të bëra nga i njëjti material si ato reale në pezullimin e studiuar dhe që vendosen me të njëjtën shpejtësi zëvendësohet në ekuacionet e llogaritjes.
Në praktikë, grimcat në sistemet e shpërndara janë heterogjene në madhësi, dhe detyra kryesore e analizës së sedimentimit mund të quhet analiza e shpërndarjes së madhësisë së grimcave në to. Me fjalë të tjera, gjatë studimit të sistemeve polidisperse, gjendet përmbajtja relative e fraksioneve të ndryshme (një grup grimcash, madhësia e të cilave shtrihet në një interval të caktuar).
Veçoritë e analizës së sedimentimit
Ka disa qasje për kryerjen e analizave të sistemeve të shpërndara me anë të sedimentimit:
- monitorimi në një fushë gravitacionale shpejtësia me të cilën grimcat vendosen në një lëng të qetë;
- agjitacion pezullimi për ndarjen e tij të mëvonshme në fraksione të grimcave të madhësive të dhëna në një avion të lëngshëm;
- ndarja e substancave pluhur në fraksione me përmasa të caktuara grimcash, e kryer nga ndarja e ajrit;
- monitorimi në një fushë centrifugale të parametrave të uljes së sistemeve shumë të shpërndara.
Një nga më të përdorurat është versioni i parë i analizës. Për zbatimin e tij, shkalla e sedimentimit përcaktohet me ndonjë nga metodat e mëposhtme:
- duke parë me mikroskop;
- peshimi i sedimentit të grumbulluar;
- përcaktimi i përqendrimit të fazës së shpërndarë në një periudhë të caktuar të procesit të zbutjes;
- matja e presionit hidrostatik gjatë uljes;
- përcaktimi i densitetit të pezullimit gjatë periudhës së vendosjes.
Koncepti i pezullimit
Pezullimet kuptohen si sisteme të trashë të formuara nga një fazë e ngurtë e shpërndarë, madhësia e grimcave të së cilës i kalon 10-5 cm dhe një mjedis i lëngshëm dispersioni. Pezullimet shpesh karakterizohen si suspensione të substancave pluhur në lëngje. Në fakt, kjo nuk është plotësisht e vërtetë, pasi slurit janë pezullime të holluara. Grimcat e fazës së ngurtë janë kinetikisht të pavarura dhe mund të lëvizin lirshëm në lëng.
Në suspensionet reale (të koncentruara), të quajtura shpesh pasta, grimcat e ngurta ndërveprojnë me njëra-tjetrën. Kjo çon në formimin e një strukture të caktuar hapësinore.
Ekziston një lloj tjetër sistemesh të shpërndara të formuara nga faza të ngurta të shpërndara dhe media dispersioni të lëngët. Ata quhen liosole. Megjithatë, madhësia e grimcave është shumë më e vogël (nga 10-7 deri në 10-5 cm). Në këtë drejtim, sedimentimi në to është i parëndësishëm, por liosolet karakterizohen nga fenomene të tilla si lëvizja Brownian, osmoza dhe difuzioni. Analiza e sedimentimit të suspensioneve bazohet në paqëndrueshmërinë e tyre kinetike. Kjo do të thotë se suspensionet karakterizohen nga ndryshueshmëria kohore e parametrave të tillë si pastërtia dhe shpërndarja e ekuilibrit të grimcave në një mjedis dispersioni.
Metodologji
Analiza e sedimentimit kryhet duke përdorur një ekuilibër rrotullimi me një filxhan fletë metalike(diametri 1-2 cm) dhe një gotë e gjatë. Para fillimit të analizës, filxhani peshohet në një medium dispersioni, duke e zhytur në një gotë të mbushur dhe duke balancuar ekuilibrin. Së bashku me këtë, matet thellësia e zhytjes së saj. Pas kësaj, filxhani hiqet dhe vendoset shpejt në një gotë me pezullimin e provës, ndërsa duhet të varet në grepin e traut të ekuilibrit. Në të njëjtën kohë, kronometri do të fillojë. Tabela përmban të dhëna për masën e reshjeve të precipituara në momente arbitrare në kohë.
| Koha nga fillimi i studimit, s | Masa e filxhanit me sediment, g | Masa e sedimentit, g | 1/t, c-1 | Kufiri i sedimentimit, g |
Duke përdorur të dhënat e tabelës, vizatoni një kurbë sedimentimi në letër grafik. Masa e grimcave të vendosura vizatohet përgjatë boshtit të ordinatave dhe koha vizatohet përgjatë boshtit të abshisës. Në këtë rast, zgjidhet një shkallë adekuate në mënyrë që të jetë e përshtatshme për të kryer llogaritjet grafike të mëtejshme.
Analizë e kurbës
Në një mjedis monodispers, shkalla e vendosjes së grimcave do të jetë e njëjtë, që do të thotë se vendosja do të karakterizohet nga uniformiteti. Kurba e sedimentimit në këtë rast do të jetë lineare.
Gjatë zbutjes së një suspensioni polidispers (që ndodh në praktikë), grimcat e madhësive të ndryshme ndryshojnë gjithashtu në shpejtësinë e vendosjes. Kjo shprehet në grafik në mjegullimin e kufirit të shtresës së vendosjes.
Korba e uljes përpunohet duke e ndarë atë në disa segmente dhe duke tërhequr tangjentet. Çdo tangjente do të karakterizojë uljen e një të veçantëshpërndaj një pjesë të pezullimit.
Ide e përgjithshme e shpërndarjes së madhësisë së grimcave
Përmbajtja sasiore e grimcave të një madhësie të caktuar në shkëmb zakonisht quhet përbërje granulometrike. Disa veti të mediave poroze varen prej saj, për shembull, përshkueshmëria, sipërfaqja specifike, poroziteti, etj. Bazuar në këto veti, nga ana tjetër, mund të nxirren përfundime për kushtet gjeologjike të formimit të depozitimeve shkëmbore. Kjo është arsyeja pse një nga fazat e para në studimin e shkëmbinjve sedimentarë është analiza granulometrike.
Kështu, sipas rezultateve të analizës së përbërjes granulometrike të rërave në kontakt me naftën, ata zgjedhin pajisjet dhe procedurat e punës në praktikën e vendburimit. Ndihmon në zgjedhjen e filtrave për të parandaluar që rëra të hyjë në pus. Sasia e argjilës dhe mineraleve të shpërndara koloidale në përbërje përcakton proceset e përthithjes së joneve, si dhe shkallën e fryrjes së shkëmbinjve në ujë.
Analiza sedimentare e përbërjes granulometrike të shkëmbinjve
Për shkak të faktit se analiza e sistemeve disperse bazuar në parimet e sedimentimit ka një sërë kufizimesh, përdorimi i tij në formën e tij të pastër për studimin granulometrik të përbërjes së shkëmbinjve nuk siguron besueshmërinë dhe saktësinë e duhur. Sot kryhet duke përdorur pajisje moderne duke përdorur programe kompjuterike.
Ato lejojnë studimin e grimcave të shkëmbinjve nga shtresa fillestare, ju lejojnë të regjistroni vazhdimisht akumuliminsedimenti, duke përjashtuar përafrimin me ekuacione, masin drejtpërdrejt shkallën e sedimentimit. Dhe, jo më pak e rëndësishme, ato lejojnë studimin e sedimentimit të grimcave me formë të çrregullt. Përqindja e fraksionit të një madhësie apo tjetër përcaktohet nga kompjuteri, bazuar në masën totale të kampionit, që do të thotë se nuk ka nevojë të peshohet para analizës.
