Аэрозоли и порошки - OXFORDST.RU

Аэрозоли и порошки

Системы с газообразной дисперсионной средой (аэрозоли и порошки)

Friday, November 25, 2005 Sunday, March 06, 2005 2004 Sunday, February 20, 2005

10.6. Системы с газообразной дисперсионной средой

Системы с газообразной дисперсионной средой представляют обширный класс дисперсных систем, многие из которых являются продуктами питания или широко используются в быту и промышленности. Классификация этих систем, соответствующие определения, часто используемые способы получения и примеры аэрозолей и порошков приведены в таблице 10.6.

Определения, способы получения и примеры аэрозолей и порошков

Седиментационно устойчивая двухфазная система Т/ Г с частицами дисперсной фазы коллоидной степени дисперсности

Седиментационно неустойчивая двухфазная система, Т/Г с частицами дисперсной фазы микрогетерогенной степени дисперсности

диспергирование, осаждение дыма

мука, крахмал, сахарная пудра, микроорганизмы

Седиментационно неустойчивая грубодисперсная двухфазная система Т/Г, у которой между частицами твердой дисперсной фазы могут возникать силы аутогезии

диспергирование, осаждение дыма и пыли

молотые пищевые продукты: сахар,

Седиментационно неустойчивая двухфазная система Ж/Г с частицами дисперсной фазы микрогетерогенной степени дисперсности

бытовые и пищевые аэрозоли (спреи)

Седиментационно устойчивая система Ж+Т/Г, с твердыми и жидкими частицами дисперсной фазы переменной степени дисперсности (от коллоидной до микрогетерогенной).

продукты, возникающие при жарке жиров, городской смог1

Жидкая аэрозольная пена, Г+Ж/Г

Седиментационно устойчивая система Г+Ж/Г, дисперсная фаза которой представлена ячейками пены микрогетерогенной степени дисперсности

Представленные в таблице системы методически удобно рассматривать, выделив аэрозоли и порошки, что и сделано в настоящем пособии.

Аэрозоли — системы с газовой дисперсионной средой и твердой или жидкой подвижной дисперсной фазой.

Аэрозоли объединяют седиментационно-устойчивые дымы и туманы коллоидной степени дисперсности (поперечник частиц дисперсной фазы примерно равен 100 мкм и меньше, а также седиментационно неустойчивые микрогетерогенные системы с газовой дисперсионной средой, включая пыль.

Классификация аэрозолей по размеру частиц дисперсной фазы

Место разных видов аэрозолей в общей классификации дисперсных систем по размеру поперечника а частиц дисперсной фазы показано на рисунке 10.13.

Рис. 10.13. Классификация аэрозолей по размеру

поперечника а частиц дисперсной фазы.

Аэрозоли следует отличать от порошков. Последние являются грубодисперсными седиментационно неустойчивыми системами типа Т/Г с частицами твердой дисперсной фазы, между которыми возникают силы аутогезии.

Специфические свойства аэрозолей

Специфические свойства аэрозолей связаны, прежде всего, с особенностями дисперсионной среды газа: его низкой вязкостью и малой электропроводностью. Малая вязкость дисперсионной среды способствует быстрой седиментации частиц и разрушению аэрозоля.

Характер движения частиц зависит от их плотности и размеров. Частицы коллоидных размеров и отчасти более крупные частицы находятся в постоянном хаотическом броуновском движении. Это определяет их седиментационную устойчивость. Тяжелые частицы не могут длительное время находиться во взвешенном состоянии и седиментируют.

Концентрация и размеры частиц аэрозолей меняются в некоторых пределах. В реальных аэрозолях концентрация дисперсной фазы обычно составляет не более 10-6 — 10-8 частиц/см3. Размер частиц аэрозолей, как правило, находится в пределах 10-3 — 10-5 см. Более мелкие частицы исчезают в результате изотермической перегонки, а более крупные оседают.

В зависимости от соотношения интенсивности броуновского движения и седиментации любой аэрозоль характеризует распределение частиц по высоте. Это распределение описывается уравнением гипсометрического закона (3.29), которое для аэрозолей можно представить в следующем видеi:

( 10. 13)

где h — перреновская высота; k — постоянная Больцмана; νo и νh — частичные концентрации, соответствующие высотами h=0 и h; g — ускорение силы тяжести; m — масса частицы.

Для малых частиц величина h значительно превышает их радиус.

Любые частицы легко вовлекаются в транспортные потоки, которые могут быть организованы конвекцией газа, наличием в дисперсной системе градиентов температуры или концентрации. Градиенты температуры и концентрации вызывают транспортные явления известные под названием термо — и диффузиофорез. Эти явления аналогичны подобным явлениям в системах с жидкой дисперсионной средой, но характеризуются более высокими скоростями транспорта частиц, что связано с малой вязкостью газовой среды. Аэрозоли хорошо рассеивают свет. Поэтому измерения светорассеяния и поляризации рассеянного света используют для определения размеров частиц и их распределения по размерам.

Характерной особенностью частиц аэрозолей является наличие у них слабого заряда при отсутствии двойного электрического слоя. В отличие от лиозолей заряд на частицах аэрозоля является случайной величиной, поскольку определяется случайными столкновениями частиц с ионами в газах. Средний заряд на частице намного ниже, чем на частицах гидрозоля. Как правило, у частиц одного золя величина и знак заряда различаются. Поэтому в одной системе всегда присутствуют как отрицательные, так и положительные, а также нейтральные частицы.

Факторы устойчивости аэрозолей

Аэрозоли обладают чрезвычайно малой агрегативной и некоторой кинетической устойчивостью, от которой в основном и зависит длительность их существования.

Агрегативную устойчивость определяют преимущественно такие факторы, как: электрические заряды на частицах дисперсной фазы, воздушные оболочки, адсорбционные слои посторонних веществ. Действие этих факторов очень мало.

Кинетическую устойчивость обуславливает интенсивное броуновское движение частиц дисперсной фазы. Броуновское движение частиц в аэрозоле, описывают те же законы, которые известны для остальных коллоидных систем. Но при определенных условиях на броуновское движение накладываются некоторые специфические для аэрозолей эффекты, связанные с большой подвижностью газовой среды. В ней легко возникают конвекционные потоки. Поэтому наблюдать броуновское движение в аэрозолях в чистом виде практически невозможно. Вместе с тем столкновения частиц между собой при броуновском движении приводит к их коагуляции.

Традиционно к порошкам относят сыпучие материалы с размером частиц дисперсной фазы 1-100 мкм. Высокодисперсные порошки образуют аэрозоли. Поэтому четкой границы между этими классами дисперсных систем нет. Между частицами дисперсной фазы в порошках возникают силы аутогезии. В том случае, когда эти силы настолько велики, что образуется некоторая структура, порошки относят к «связанным». В противном случае говорят о «несвязанных» порошках. Напряжение сдвига в связанных порошках определяется суммарным действием аутогезии и трения между частицами, а в несвязанных – только трением. На практике связанные порошки легко отличить от несвязанных по хорошей слеживаемости и комкованию. Причинами слеживаемости могут явиться различные факторы. В том числе: увлажнение с последующим высушиванием продукта, повышенное давление верхних слоев порошка, температурный режим и другие.

Структурно — реологические свойства порошков можно регулировать в широких пределах, меняя межфазную поверхность физическими, физико-химическими методами или добавками ПАВ. Например, под действием воздушного потока порошки легко перевести в состояние аэрозоля или, повышая степень дисперсности механическим истиранием, нетрудно превратить несвязанные порошки в связанные.

Практическое значение аэрозолей и порошков

С одной стороны в промышленности, в быту в виде аэрозолей и порошков перерабатывают и используют различное сырье или пищевые продукты, с другой стороны – это вредные, опасные для окружающей среды и здоровья агенты. В частности большую опасность представляют взрывы пылей в сахарном и мукомольном производствах.

В сельском хозяйстве аэрозолями выполняют искусственное дождевание и опрыскивание ядохимикатами. В медицине и быту нашли распространение аэрозольные формы лекарственных препаратов и препаратов бытовой химии.

В пищевой промышленности аэрозоли широко используют при распылительной сушке продуктов. Способ заключается в распылении жидкости, например молока, в потоке горячего газа. При копчении мясных и рыбных продуктов используют дым.

В природе аэрозоли обуславливают практически все метеорологические явления. С конвективными потоками воздушных масс аэрозоли могут быть перенесены на значительные расстояния. Считается естественным, например, перемещение пылевых вихрей, движение туч. Серьезные проблемы, создают аэрозольные выбросы промышленных предприятий в атмосферу Земли. Не являются исключением предприятия пищевой промышленности. Так строения и местность вблизи мукомольных предприятий обычно покрыты мучной пылью. Поэтому защита от аэрозолей и порошков часто необходима для решения вопросов экологии.

1. Что такое аэрозоли? Какие факторы определяют агрегативную устойчивость аэрозолей?

2. Какие факторы определяют седиментационное равновесие в аэрозолях? Что такое гипсометрическая высота?

3. Определите средний квадратичный сдвиг частиц мучной пыли радиусом 10-7 м при 20 оС за 10 с. Вязкость воздуха примите равной 1,7⋅10-5 Па⋅с.

4. Определите скорость осаждения частиц аэрозоля, имеющих плотность 1,4⋅103 кг/м3 и радиус 5⋅10-7 м. Вязкость воздуха примите равной 1,7⋅10-5 Па⋅с. Плотность воздуха можно не учитывать.

5. Охарактеризуйте основные транспортные явления, возникающие в аэрозолях.

1 Городской смог состоит из влажных испарений, пасыщенных вредными твердыми, газообразными и жидкими отходами промышленного производства, продуктами выхлопа транспортных средств, мельчайшими частицами дорожной пыли и других веществ.

i Формула применима для расчетов высоты, на которую надо подняться, чтобы численная или массовая концентрация уменьшилась в νо/νh раз. Оценки можно выполнять для любой свободнодисперсной системы.

Обзор решений для пожаротушения ЦОД

Надежность инфраструктуры современного дата-центра зависит от ряда входящих в него инженерных систем. Какой бы надежной ни была инфраструктура, всегда есть вероятность возникновения нештатных ситуаций, способных негативно повлиять на работу компании в целом.

Риск возникновения пожара в ЦОД зависит от множества факторов, приведем некоторые из них:

  • качество проектирования помещений;
  • квалификация лиц, ответственных за пожарную безопасность и работу с электрикой;
  • организация мониторинга инфраструктуры;
  • своевременное обслуживание инженерных систем.

Одним из способов диверсификации риска возникновения пожара является установка системы автоматического пожаротушения, которая либо сможет предотвратить возможность возникновения возгорания, либо ликвидировать уже возникший пожар. Сегодня мы подробно рассмотрим те методы и средства, которые активно используются для обеспечения пожарной безопасности в ЦОД.

Методы и средства

Диапазон вариантов подавления пожаров в ЦОД в настоящее время предусматривает пять основных подходов ликвидации возгораний:

  • гипоксический метод (постоянное снижение содержания кислорода в помещении до уровня ниже 14% путем введения азота);
  • изоляция (ввод инертного газа в помещение при возникновении возгорания, чтобы снизить уровень кислорода ниже 14%) с помощью азота, аргона, аргонита или инергена;
  • ингибирование (впрыскивание в помещение галогенированного газа, снижающего содержание кислорода и препятствующего процессу горения);
  • охлаждение (распыление мелкодисперсного водяного тумана на область горения, что приводит к снижению уровня кислорода на местном уровне и охлаждает зону возникновения огня);
  • порошок/аэрозоль (выброс порошковой химии и распыление продуктов горения аэрозоля).
Читайте также  Инструментарий электронной коммерции

Выбор средств пожаротушения (далее СПТ) серверного помещения зависит от многих факторов. Помимо главной функции (тушения пожара), СПТ имеет целый ряд параметров:

  • стоимость;
  • эффективность;
  • воздействие на оборудование;
  • воздействие на человека и экологию.

На данный момент нет такого средства тушения серверной, которое бы удовлетворяло всем четырем вышеперечисленных аспектам. Рассмотрим комплексные решения СПТ, присутствующие на современном рынке, в порядке возрастания их стоимости.

Аэрозоли и порошки

Аэрозольные средства пожаротушения представляют собой установки пожаротушения, в которых в качестве огнетушащего вещества используется аэрозоль, получаемый при горении специальных огнетушащих составов. Огнетушащие порошки представляют собой мелкоизмельченные минеральные соли с различными добавками, вытесняемые при срабатывании генератора низкотемпературного газа.

И порошок, и аэрозоль на поверхности раскаленных горящих предметов образуют пленку, предотвращающую проникновение кислорода, что снижает вероятность повторного возгорания. В условиях серверного помещения это является проблемой, так как указанные средства проникают внутрь любого оборудования и оседают на внутренних компонентах, никак не защищенных от контакта с агрессивными веществами. К таким веществам относятся оксиды щелочных металлов.

После попадания на электропроводящую поверхность, оксиды вступают в реакцию с водой, содержащейся в воздухе, что приводит к образованию щелочи и окислению металла. Образующиеся окислы невозможно удалить ни при помощи компрессора, ни с использованием прочих средств без повреждения оборудования. Таким образом, в результате использования аэрозоля или порошковой химии в качестве СПТ, оборудование станет постепенно выходить из строя в результате коррозии и возникновения коротких замыканий в электрических цепях.

Вывод: использование аэрозоля и порошков представляет собой доступное средство для борьбы с пожаром и способом соблюдения норм МЧС, но при практическом применении вызывает повреждение дорогостоящего оборудования.

Газовое пожаротушение

Газовое пожаротушение является самым распространенным и зарекомендовавшим себя средством тушения технологических помещений дата-центров. Это связано с тем, что газ не имеет негативного воздействия на электрооборудование и прекрасно работает даже в труднодоступных помещениях.

Рассмотрим газовое пожаротушение на примере самых распространенных решений, использующих вещества: Хладон 125, Хладон 227 и Novec™ 1230. Перечисленные огнетушащие составы одобрены для использования агентством по охране окружающей среды США (EPA) и национальной ассоциацией противопожарной защиты (NFPA). Хладоны являются очень похожими газами как по составу, так и по эффективности тушения и их огнетушащая масса (далее ОТМ) примерно равна.

ОТМ у Novec™ 1230 больше, чем у хладонов, и при этом сам газ имеет значительно более высокую стоимость одного кг вещества, за счет заявляемой полной безвредности для человека и диэлектрических свойств. Как заявляют производители — не длительное присутствие в помещении с хладоном — «не смертельно», а с Novec — «не страшно».

Так оно и есть, но производители практически не упоминают о том, что при вступлении и Novec, и хладонов в реакцию с продуктами горения могут образовываться токсичные соединения, в том числе фтороводорода (при взаимодействии с парами воды), трифторуксусной кислоты, угарного и углекислого газов, и присутствие людей в помещении во время тушения — недопустимо.

Вывод: Novec™ 1230 достаточно дорогое и эффективное средство, безвредное для оборудования и окружающей среды, но требующее от персонала использования изолирующих дыхательных аппаратов и обязательной эвакуации людей. И хладоны, и Novec имеют примерно одинаковую огнетушащую способность.

Так как Хладон 125 и Хладон 227 по классу соединений относятся к фторуглеводородам (HFC), то они, как и Novec, являются озонобезопасными веществами. Но при всем этом, Novec приблизительно на 30% дороже хладонов, что обосновано гораздо меньшим вредом для человека (в чистом состоянии), а также большими затратами дистрибьюторов на ведение рекламных компаний.

Пожаротушение тонкораспыленной водой высокого давления

Тонкораспыленная вода высокого давления (ТРВ ВД) является одним из самых молодых способов тушения серверных помещений, получивших широкое распространение в Европе, в таких дата-центрах как TCN Eemsdelta и Telecity IV в Нидерландах, научно-технологическом полигоне CX2 Cyberjaya в Малайзии и многих других.

В России же данный метод пока не получил широкого распространения среди дата-центров. Это можно объяснить высокой стоимостью установки системы и недоверием к воде (даже дистиллированной) как к огнетушащему веществу для электрооборудования. Так, мелкодисперсная вода начнет конденсироваться в капли, поэтому в месте возгорания так или иначе будет сыро, что недопустимо в серверном помещении.

Установки ТРВ ВД обеспечивают тушение пожара и локализацию очага возгорания на объектах за счет подачи струй тонкораспыленной мелкодисперсной воды, также называемую «водяным туманом». В качестве воды используется дистиллированная вода, которой разрешено тушить электрооборудования мощностью до 10 Кв.

Данный метод использует на 90% меньше воды, чем спринклерные системы, исключает протекание трубопровода в повседневном режиме и очень дешев при перезаправке системы. Но такие хорошие показатели обуславливаются высокой стоимостью системы, так как она содержит от одной до нескольких насосных станций, поддерживающих постоянное давление в трубопроводе, к которому также предъявляются серьезные технические требования.

Трубопровод изготавливается из высококачественной нержавеющей стали и диаметр труб меньше по сравнению с обычными спринклерными системами – от 12 до 60 мм. Такие трубы выдерживают колоссальное давление в 100-120 бар (101-121 атм.), что более чем в 17 раз превышает давление обычной спринклерной системы.

Гипоксический метод тушения

Суть данного метода заключается в борьбе с возгоранием путем создания и поддержания атмосферы, в которой пожар не может возникнуть.

Метод работает за счет выработки азота из атмосферного воздуха специальным генератором и его подачу в защищенное помещение. Это позволяет снизить концентрацию кислорода до заданного уровня (

с 20% до 14%). В такой атмосфере возникновение пожара исключается, так как кислорода недостаточно, чтобы огонь мог возникнуть и распространиться. Одновременно с этим, такой уровень кислорода благоприятен для работы в серверном помещении, если не совершать серьезных физических нагрузок.

Гипоксический метод выигрывает у предыдущих способов пожаротушения по всем параметрам, кроме одного — стоимости. Далеко не каждая компания пойдет на то, чтобы потратить такую сумму денег на борьбу с пожаром. Для наглядного сравнения вышеперечисленных средств пожаротушения можно ознакомиться с таблицей, представленной ниже:

* зависит от гарантии производителя и напряжении на оборудовании;
** герметичность, контроль состояния дверей, удаленность станции ПТ, дополнительные клапаны, затворы, особые требования к вентиляции и т.д.

Как это работает в Selectel

Для защиты серверных и технологических помещений в своих дата-центрах мы используем самые проверенные средства пожарной защиты, не экономя на надежности инфраструктуры и качества ОТВ. Высокий уровень защиты достигается за счет использования автономных центральных станций газового пожаротушения с веществом Хладон 125.

В состав таких станций входят модули газового пожаротушения с разрывным затвором (пиропатроном). Модули активируются специальными запорно-пусковыми устройствами. При срабатывании пиротехнического пускового устройства, представляющего собой миниатюрный газогенератор, разрывной элемент под действием высокого давления образующихся газов разрушается по конструктивно рассчитанному сечению, открывая проход огнетушащего газа в трубопровод автоматической системы газового пожаротушения.

Данные запорно-пусковые устройства с мембраной являются самыми надежным за счет высокой вероятности срабатывания ввиду отсутствия приводных механизмов и применения высоконадежного пиротехнического пускателя (Р(t)=0,999 за 17 лет), герметичности и стойкости к механическим воздействиям.

Огнетушащий газ содержится в баллонах, изготовленных из высокопрочной легированной стали высокой однородности, благодаря чему они имеют повышенную (в 2–3 раза) коррозионную стойкость и выдерживают давление в 150 бар.

Все СПТ дата-центров Selectel систематически обслуживаются профильной организацией, обладающей соответствующей лицензией МЧС на обслуживание.

Заключение

В статье мы рассмотрели системы пожаротушения серверного помещения дата-центра. Реализация пожарной защиты зависит от особенностей здания, состояния технических условий помещения, ценности оборудования и множества других факторов.

Но какой бы надежной СПТ не была, она не гарантирует стопроцентной ликвидации очага возгорания. Только в совокупности со знанием и соблюдением правил пожарной безопасности рабочего персонала дата-центра возможно устранить и, что главное, предотвратить возгорание и сохранить самое ценное — человеческую жизнь.

Если вы сталкивались с выбором средств пожаротушения и вам есть о чем рассказать — добро пожаловать в комментарии!

Аэрозольное пожаротушение и порошковое: что лучше?

Системы пожаротушения как аэрозольного, так и порошкового типа действуют по принципу подавления реакции горения химическими веществами. В зависимости от типа действующего вещества, каждая система имеет свои особенности.

Сферы применения

Оба варианта широко применяются для объектов, где по различным причинам пожар нельзя тушить водой (из-за эффекта, получаемого в процессе реакции, или нанесения серьезного ущерба имуществу):

  • объекты с электрическим и электронным оборудованием,
  • архивы, музеи, библиотеки,
  • производственные и складские объекты, подвалы,
  • автосервисы, гаражи, парковки,
  • помещения без отопления.

И модули порошкового пожаротушения (МПП), и генераторы огнетушащего аэрозоля (ГОА) могут быть запущены только после эвакуации людей.

Аэрозольное пожаротушение также успешно применяется для всех видов транспортных средств, общественных помещений, электроустановок и дизель-генераторных установок, кабельных тоннелей.

Специфика порошкового пожаротушения

Такие системы предназначены в основном для тушения пламени, распространяющегося по поверхности. Они отличаются простотой, доступностью и относительной дешевизной.

В качестве ограничений модули порошкового пожаротушения:

  • создают опасность для здоровья людей при вдыхании взвеси порошка,
  • должны находиться в наличии на объекте в виде полного запаса, необходимого для замены в системе,
  • могут требовать прокладки дополнительных коммуникаций (трубопроводы),
  • подходят не для всех зданий и помещений, а лишь для соответствующих ряду требований.

Чем отличается аэрозольное пожаротушение

Способ интересен тем, что тушение фактически осуществляется за счет горения. В аэрозольных генераторах пожаротушения происходит сгорание специальных составов, в результате которого выделяются мелкодисперсные частицы.

Они активно вытесняют кислород из зоны возгорания и подавляют его процесс. При этом в зоне действия установки образуется очаг с высокой температурой.

Аэрозоль обладает более низкой дисперсностью частиц, чем порошок, вследствие чего быстрее распространяется в объеме помещения и дольше остается во взвешенном состоянии.

Читайте также  Обеспечение электробезопасности. Виды освещения

Минусы:

  • недопустимость пребывания людей в помещении при тушении,
  • ограничения по характеристикам огнестойкости материалов и конструкций (при нагреве аэрозоля выше 400 °C),
  • необходимость обеспечить герметичность помещения,
  • ограничения по отдельным типам веществ, которые нельзя тушить аэрозолем.

Однако недостатки легко компенсируются преимуществами данного способа. Так, например, за счет интенсивности распространения, большей реакционной поверхности и более высокой концентрации частиц, нежели у порошкового тушения, огнетушащие свойства аэрозоля сохраняются до 15 минут и исключают риск вторичного возгорания.

Помимо этого, к достоинствам относятся:

  • простой монтаж и требования к эксплуатации, отсутствие дополнительного оборудования и коммуникаций,
  • минимальный материальный ущерб и легкое приведение помещения к первоначальному виду,
  • низкая токсичность действующего вещества.

Современные системы аэрозольного тушения более безопасны за счет применения разных типов охлаждения. Производитель оборудования для пожаротушения АО «НПГ Гранит-Саламандра» разработал генераторы огнетушащего аэрозоля с контактным, инжекторным, лабиринтным и воздушным охлаждением.

Помимо генераторов, компания изготавливает автономные установки, огнезащитные составы и сопутствующее оборудование. Соответствие продукции всем необходимым нормам качества и требованиям безопасности подтверждено сертификатами.

Аэрозоли и порошки

Аэрозоли и порошки — раздел Химия, Аэрозоли Аэрозоли И Сыпучие Материалы (Порошки) — Системы С Газовой Дисперси.

Аэрозоли Аэрозоли и сыпучие материалы (порошки) — системы с газовой дисперсионной средой. Аэрозоли — это дисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы находятся во взвешенном состоянии.Сыпучие материалы можно рассматривать как осадок аэрозолей с твердой дисперсной фазой, т.е. как систему Т/Г. Для аэрозолей сложилась своя классификация в зависимости от агрегатного состояния и размеров частиц дисперсной фазы. Эта классификация приведена в табл. 1. Простейшими являются аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит только из твердых частиц или из капель. Каждая из разновидностей аэрозольных систем имеет свое название.

Высоко — и среднедисперсные системы типа Т/Г принято называть дымом, а грубодисперсные — пылью. Кроме основных, существуют менее распространенные, но не менее важные аэрозольные системы.В аэрозольных жидких (система Т, Г/Г) и твердых (система Ж, Г/Г) пенах газовый пузырек окружен пленкой (жидкой и твердой). Жидкие аэрозольные пены, в которых газовый пузырек обрамлен жидкой пленкой, применяют для тушения пожаров.

Пепел и извергаемая вулканами лава состоят из частиц, поры которых заполнены газом.Аэрозоли, сформированные из подобных частиц, можно рассматривать как твердые пены. Таблица 1.1 Классификация аэрозолей Дисперсная фаза Обозначение Название Твердая Жидкая Твердая и жидкая Пена Газовые образования Т/Г Ж/Г Т, Ж/Г Ж, Г/Г Т, Г/Г* Г/Г** Дым, пыль Туман, капли Смог Жидкая аэрозольная пена Твердая аэрозольная пена Клатраты, газовые гидраты *Образование такой системы маловероятно. 5 2 1 6 3 4 8 7 А Рис. 6.5.1.1.”Жизнь” аэрозольной системы: 1.6- перемещение аэрозольных частиц; 2,5- образование аэрозольных частиц диспергированием и конден-сацией (десублимацией); 3,4- агрегирование (коагуляция) и дезагрегирование частиц дисперсной фазы; 7,8- приток и отток частиц; А- аэрозоли Для аэрозолей, как и для других дисперсных систем, характерна агрегативная и седиментационная устойчивость и неустойчивость.

В них протекают процессы коагуляции, коалесценции и оседания, что приводит к изменению состава и свойств этих систем.

Концентрация и размер частиц дисперсной фазы аэрозолей все время изменяются: частицы возникают и исчезают, укрупняются и дробятся на более мелкие, перемещаются — какая-то часть частиц аэрозольной системы покидают ее, что компенсируется за счет притока новых частиц (см. рис. 6.5.1.1). Получить частицы дисперсной фазы аэрозолей возможно диспергированием и конденсационным способом.

Газовая среда аэрозолей обуславливает отличия их свойств от свойств систем с жидкой дисперсной средой. Одно из этих отличий связано с электрическим зарядом аэрозольных частиц. Электрические заряды возникают в результате трения твердых частиц при образовании аэрозолей, при дроблении жидкости, адсорбции ионов и вследствие ряда других причин. Электрические свойства аэрозолей принципиально отличаются от электрических свойств золей и суспензий.Для систем типа Т/Ж электрический заряд возникает в результате взаимодействия между частицами дисперсной фазы и дисперсионной средой.

При этом образуется двойной электрический слой, происходит компенсация заряда частиц, а между сблизившимися частицами возникает электростатическая сила отталкивания.Заряд частиц аэрозолей не компенсируется, является избыточным, частицы могут иметь заряды различного знака (отсутствует униполярность). Часть частиц может иметь заряд одного знака, а другая – противоположного, или даже быть нейтральной.

Агрегативная устойчивость аэрозолей также в значительной степени обусловлена особенностями газовой дисперсионной среды. Подвижность частиц в газовой среде и отсутствие электростатических сил отталкивания приводит к тому, что вероятность e, которая характеризует кинетику коагуляции, равна или близка к единице. Это означает, что процесс идет по механизму быстрой коагуляции.В результате коагуляции частицы укрупняются и образуют агрегаты (см. рис.6.5.1.1). В отношении аэрозолей, находящихся в атмосфере, в полной мере проявляются оптические свойства дисперсных систем.

В воздухе находится множество частиц различных размеров, форм и происхождения; каждая из них рассеивает и поглощает свет. Причем на состав атмосферных аэрозолей оказывают влияние аэрозольные системы, пришедшие из космоса. Характеризуют оптические свойства не отдельных аэрозольных частиц, а их массы.К таким обобщенным характеристикам аэрозольных систем, находящихся в воздухе, относятся интенсивность рассеяния света, коэффициент поглощения и оптическая плотность (экстинкция). Интенсивность рэлеевского рассеяния света высокодисперсными атмосферными аэрозолями зависит от показателя преломления дисперсной среды (воздуха) и дисперсной фазы. Показатель преломления воздуха близок к единице, а показатель преломления дисперсной фазы атмосферных аэрозолей колеблется в пределах 1,34-1,54. Нижнее значение относится к каплям воды, а верхнее — к сульфатным частицам. Вязкость воздуха примерно в 1000 раз меньше вязкости воды; поэтому седиментационная устойчивость аэрозолей ниже, чем суспензий.

Для высокодисперсных аэрозолей характерны более интенсивное броуновское движение и диффузия, чем для золей.

Для частиц диаметром> 0,5 мкм скорость броуновского движения не может конкурировать со скоростью седиментации.Для частиц диаметром менее 0,5 мкм (50 нм) скорость броуновского движения превышает скорость седиментации, что означает установление седиментационно-диффузионного равновесия – высокодисперсная система становится седиментационно-устойчивой.

В результате броуновского движения и диффузии высокодисперсные частицы приобретают способность перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях.Коэффициент диффузии в жидкой среде может колебаться в пределах 10-8-10-10 м2 /с. В воздушной среде он имеет более высокие значения и может достигать 10-6 м2/с, а это означает, что движение высокодисперсных частиц одного и того же размера в воздухе будет интенсивнее, чем в жидкости. Fваэ u Fаут Р Fгаэ Р и с. 6.5.1.2. Силы, обусловливающие переход частицы в аэрозольное состояние (пунктир — движение частиц) В аэрозолях в сильно разряженной газовой атмосфере, а тем более в безгазовом пространстве отсутствует броуновское движение, т.е. самопроизвольное движение частиц под действием кинетической энергии молекул дисперсионной среды, и диффузия.

Перевести частицы в аэрозольное состояние можно с помощью механических процессов или взрыва, при этом одновременно может протекать процесс диспергирования. В атмосфере Земли возникновение аэрозолей происходит под действием воздушного потока.

На частицу (см. рис. 6.5.1.2) со стороны воздушного потока действует аэродинамическая сила, зависящая от скорости этого потока n и направленная вертикально.Необходимым условием перехода частиц в воздушную среду является превышение горизонтально-направленной аэродинамической силы Frаэ над суммарным действием сил аутогезии Fаут и веса частиц P Frаэ>m(Fаут+P), где m — коэффициент внутреннего трения, учитывающий различное направление действия сил. Если сила аутогезии намного превышает вес, то условие упрощается: Frаэ³mв Fаут При турбулентном течении перемещение воздуха сопровождается интенсивным перемешиванием, и аэродинамическая сила, действующая на частицу, определяется по формуле: Frаэ = схrВч(u2/2) где сх – коэффициент сопротивления частиц; r — плотность воздуха; Вч – площадь сечения частиц; u — скорость воздушного потока.

После отрыва частиц под действием воздушного потока возникает вертикальная составляющая аэродинамической силы Fаэв. Горизонтально и вертикально направленные силы и обусловливают переход частиц в аэрозольное состояние; движение частиц в этих условиях на рис. 6.5.1.2 показано пунктиром.

Учитывая вышеизложенное, скорость воздушного потока, необходимая для перевода частиц в аэрозольное состояние: . В формуле не учтено образование пограничного слоя, в котором скорость воздушного потока уменьшается от определенного значения до нуля. Для разрушения аэрозолей и улавливания дисперсной фазы применяют различные методы.

Крупные частицы осаждаются в пылевых камерах. Широко применяются мокрые уловители – скрубберы, в которых частицы смачиваются и оседают на дно. Эффективна очистка в электрофильтрах (аппаратах Коттреля), в которых генерируются отрицательно заряженные газовые ионы и электроны на коронирующем электроде.Отрицательные ионы, двигаясь к положительному осадительному электроду, отдают частицам аэрозоля свой заряд, которые, заряжаясь, начинают перемещаться в том же направлении.

На положительном электроде частицы теряют заряд и осаждаются. Однако эффективность всех методов уменьшается с увеличением дисперсности аэрозолей, поэтому для разрушения высокодисперсных аэрозолей используют методы предварительной коагуляции.Наиболее эффективен метод улавливания аэрозолей, основанный на конденсации паров жидкости (воды) в среде аэрозоля, где частицы аэрозоля выступают в роли центров конденсации, укрупняются и коагулируют из-за конденсации на них паров воды. Порошки Порошками называются высококонцентрированные дисперсные системы, в которых дисперсной фазой являются твердые частицы, а дисперсионной средой – воздух или другой газ: Т/Г. Наибольшее распространение имеют порошки с размерами частиц от 1 до 100 мкм. От аэрозолей порошки отличаются большей концентрацией твердых частиц.

Классификация осуществляется: По форме частиц: равноосные (одинаковые размеры по трем осям); волокнистые (длина частиц гораздо больше ширины и толщины); плоские (длина и ширина гораздо больше толщины). По межчастичному взаимодействию: связнодисперсные (частицы сцеплены между собой, т. е. система обладает некой структурой); свободнодисперсные (сопротивление сдвигу обусловлено только трением между частицами). Классификация по размерам частиц дисперсной фазы: песок (2×10-5 £ d £ 2×10-3) м; пыль (2×10-6 £ d £ 2×10-5) м; пудра (d > d0, кр система свободнодисперна.

Характерное свойство порошков – способность к течению и распылению. Порошки, как и сплошные тела, способны течь под действием внешнего усилия, направленного тангенциально (по касательной) к поверхности.Течение порошков заключается в отрыве слоя частиц от себе подобных или от поверхности и в перемещении отдельных частиц или их агрегатов при сохранении границы раздела между ними. Движение осуществляется тремя способами: частицы перекатываются по поверхности; частицы отрываются и падают обратно (переносятся “прыжками”); частицы переносятся в состоянии аэрозоля.

Читайте также  Издержки производства и их классификация

При некоторой скорости внешнего усилия (воздушного потока), называемой критической, большая часть частиц будет передвигаться “прыжками”. Из полидисперсного порошка выдувается более мелкая фракция. Самая тонкая фракция под действием воздушного потока переходит в состояние аэрозоля и перемещается над поверхностью порошка.Рассмотренный характер течения порошков обусловливает зависимость текучести порошков от адгезионных и аутогезионных сил, затрудняющих отрыв и передвижение частиц, т.е. грубодисперсные порошки обладают более высокой текучестью, чем высокодисперсные. Для мягких веществ характерна пластическая деформация, в результате которой увеличивается площадь контакта частиц Þ уменьшается текучесть.

Важной характеристикой является также распыляемость порошка при пересыпании, определяемая силами сцепления между частицами Þ увеличивается при возрастании размеров частиц и уменьшается с увеличением влажности.

Существует несколько эмпирических закономерностей: гидрофобные порошки распыляются лучше, чем гидрофильные; порошки из твердых веществ распыляются лучше, чем из мягких; монодисперсные порошки распыляются лучше полидисперсных.Список литературы: · Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия. – М.: Геотар-мед. 2001. – 380 с. · Зимон А.Д. Коллоидная химия. – М.: Агар. 2001. 320 с. · Гельфман М.И Ковалевич О.В Юстратов В.П. Коллоидная химия. – М.: “Лань”, 2003. – 336 с. · Щукин Е.Д Перцов А.В Амелина Е.А. Коллоидная химия. – М.: Высш. шк 1992. – 414 с. · Краткий справочник физико-химических величин /Под ред. А.А. Равделя, А.М. Пономарёвой. – М.: Химия, 1983. – 200 с. · Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. – Л.: Химия. 1984. – 300 с. · Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии.

Поверхностные явления и дисперсные системы. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2004. – 464 с.

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

АЭРОЗОЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

  • Авторы
  • Файлы работы
  • Сертификаты

В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы в аэрозолях различают пыль (величина частиц более 10 мкм), облака (10–0,1 мкм), дымы (0,1–0,001 мкм). Чем мельче частицы дисперсной фазы аэрозоля и чем больше их количество в единице объема, тем быстрее идет коагуляция этих частиц с последующим осаждением. Размер частиц аэрозоля определяет и их способность проникать в дыхательные пути. Взвешенные в воздухе микроорганизмы в присутствии мельчайших капелек жидкости сохраняют свою жизнеспособность в течение длительного времени. Частицы размером до 5 мкм способны проникать в альвеолы и задерживаться в них, частицы размером до 10 мкм и более задерживаются в верхних дыхательных путях и бронхах. Поэтому через «воздушную микрофлору» передаются многие инфекционные заболевания (грипп, коклюш, туберкулез и др.).

По химическому происхождению различают органические и неорганические, по токсичности – токсичные и нетоксичные аэрозоли. Для оценки опасности и вредности для здоровья человека наряду со степенью дисперсности аэрозолей основным показателем служит весовая концентрация (число миллиграммов распыленного вещества в 1 м 3 воздуха).

Также различают биологические аэрозоли – аэрозоли, частицы которых несут на себе жизнеспособные микроорганизмы или токсины; радиоактивные аэрозоли – естественные или искусственные аэрозоли с радиоактивной дисперсной фазой.

В результате испарения и высыхания жидкости и попадания с пылью в воздух экскрементов больных животных и человека, а также при выделении в воздух больными при кашле и чиханье возбудителей некоторых инфекционных болезней образуются биологические аэрозоли. В организм человека они попадают в основном через органы дыхания. В определенных условиях при попадании в организм аэрозоли способны вызывать профессиональные и аллергические заболевания: пневмокониозы, пневмомикозы, бронхиты, бронхоальвеолиты, бронхиальную астму и др. Аэрозоли уменьшают прозрачность атмосферы, угнетают рост растений, являются причиной смога в промышленных районах, загрязняют окружающую среду, способствуют порче зданий и оборудования. Токсичные аэрозоли вызывают острые и хронические отравления. В воздухе производственных помещений и рабочей зоны и в воздухе населенных мест концентрация опасных для здоровья веществ в виде аэрозолей регламентируется предельно допустимыми концентрациями.

Радиоактивные аэрозоли, частицы которых содержат радиоактивные изотопы, характеризуются, кроме обычных для аэрозолей показателей, величиной радиоактивности в частице, распределением радиоактивности по объему аэрозоля и др. Концентрация радиоактивных аэрозолей выражается в виде количества радиоактивности на единицу объема воздуха. Основная опасность радиоактивных аэрозолей заключается в попадании их в организм человека, где они либо откладываются в тканях легких, либо поступают в кровоток и распределяются в различных органах и тканях. В производственных условиях концентрация радиоактивных аэрозолей регламентируется «Нормами радиационной безопасности» (НРБ).

Важное значение имеют медицинские и фармацевтические аэрозоли. Медицинские аэрозоли – это аэрозольные препараты, используемые для применения терапевтически активных компонентов в виде измельченных частиц или туманоподобных жидкостей для лечения органов дыхания и быстрого общего действия или для местного действия в органах дыхания.

Фармацевтические аэрозоли – это аэрозольные препараты, содержащие терапевтически активные компоненты для местного применения. К этой группе относятся аэрозоли, предназначенные для введения, например, в глаза, ухо, горло, нос и пр. аэрозоль пропеллент медицинский.

История использования аэрозолей

Особенность лекарственных аэрозолей заключается в том, что они использовались в медицине разных народов очень давно, но свое современное наименование получили только в ХХ веке. Вдыхание лекарственных аэрозолей является одним из древнейших методов лечения. Аэрозоли в виде пара, образующегося при нагревании бальзамических веществ и настоев из ароматических растений, или дыма при сжигании этих веществ и растений (окуривание), использовались в народной медицине многих стран.

К числу твердых летучих веществ, используемых в аэрозольной форме, можно отнести нюхательные соли, которые были популярны еще в первой половине XIX века. Основой нюхательных солей был аммония карбонат, который легко разлагался на аммиак и углекислоту. Аммония карбонат пропитывался душистыми веществами, иногда увлажнялся нашатырным спиртом и выпускался в герметически закрытых склянках.

Также летучими жидкими лекарственными веществами пропитывалась вата или другой материал с большой поверхностью; изготовленные таким образом препараты отпускались в виде нюхательных ват. Для использования их применялись карманные ингаляторы.

Первые аэрозольные упаковки появились в 30-х годах в Европе, когда Ротхейм (Норвегия) начал упаковывать в баллончики под давлением краски в смеси с пропаном и бутаном. Такие упаковки в настоящее время представляют музейную редкость. Последующие попытки были осуществлены в 1937 г. Иддингсом, применившим для заполнения баллонов низкотемпературный метод. Среди пропеллентов, которые он использовал, впервые упоминается фреон-12.

Во время второй мировой войны инициативу в области разработки аэрозольных упаковок захватили США. В США аэрозольная упаковка была создана в 1941 г. Она представляла собой средство для уничтожения насекомых.

Интенсивное развитие науки и техники способствовали развитию промышленности медицинских и фармацевтических аэрозолей.

В промышленном масштабе производство аэрозольных упаковок началось сразу после второй мировой войны и успешно развивается в настоящее время во всех странах.

Первая медицинская аэрозольная упаковка, выпущенная в 1955 г. в США, была предназначена для ингаляции.

В СССР промышленное производство фармацевтических аэрозолей было организовано в 1969 г., когда на Опытном заводе ХНИХФИ был выпущен аэрозольный ингаляционный препарат «Ингалипт» для лечения острых и хронических заболеваний полости рта и носоглотки.

Области применения аэрозолей

Чем тоньше вещество распылено, тем более значительную активную поверхность оно приобретает. Незначительное количество вещества, распыленное в виде тумана, занимает довольно большой объем. Подобные свойства присущи только аэрозольным системам, в этом их основное преимущество перед другими состояниями вещества и на этом основано их широкое применение в самых различных сферах народного хозяйства.

Аэрозольная форма позволяет в бытовых и промышленных условиях быстро и без лишних затрат труда распылять жидкие и порошкообразные вещества в виде частиц заданного размера.

Использование аэрозолей в целях охлаждения и увлажнения воздуха на фермах, складах, теплицах, позволяет поддерживать комфортные условия для пребывания животных, хранения продукции, роста растений.

Важную роль играют аэрозоли в защите сельскохозяйственных и лесных культур от вредителей, а также в защите животных и птиц от паразитов и болезней.

Аэрозольный способ применения экономически очень выгоден, так как он сокращает удельный расход вещества (в 5–10 раз), повышает эффект его действия и сокращает затраты труда на обработку.

Аэрозоли успешно применяются для изготовления парфюмерно-косметической продукции (дезодоранты, средства по уходу за волосами, муссы, пены, гели, духи, туалетная вода, одеколоны и пр.), продукции бытовой химии (освежители воздуха, полироли, чистящие средства, средства по уходу за мебелью, обувью, антистатики и др.), средства дезинфекции и дезинсекции. Аэрозоли применяют для борьбы с вредителями растений, сорняками, переносчиками болезней человека и животных. К этим сферам использования можно добавить и другие типы продукции в виде аэрозолей, в частности, лаки, краски в аэрозольной упаковке, автомобильные масла, клеи, монтажные пены, антикоррозионные составы, защитные пленки, составы, очищающие механизмы от масла и пр. В ряде стран в аэрозольных упаковках выпускают пищевые продукты: кремы, сбитые сливки, приправки для салатов, майонез, томатный соус, сливочное масло и др.

Однако наиболее значимым применением аэрозолей можно считать использование их в медицине. Многие биологически активные вещества вводят в виде аэрозолей в дыхательные пути больных, в различные полости организма или наносят на пораженные участки поверхности тела.

Список использованных источников

1. Аэрозоль // Википедия [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%8D%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BE%D0%BB%D1%8C

2. Аэрозольные загрязнения // Википедия [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%8D%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B7%D0%B0%D0%B3%D1%80%D1%8F%D0%B7%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F

3. НРБ-99 // Википедия [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%A0%D0%91-99

4. Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания: физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2014. – 246 с.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: