Kiini cha mbinu ya uchanganuzi wa mchanga ni kupima kasi ambayo chembe hutulia (hasa kutoka kwa kioevu). Na kwa kutumia maadili ya kiwango cha kutulia, saizi za chembe hizi na eneo lao maalum la uso huhesabiwa. Njia hii huamua vigezo vya chembe za aina nyingi za mifumo ya kutawanya, kama vile kusimamishwa, erosoli, emulsion, yaani, zile ambazo zimeenea na muhimu kwa tasnia mbalimbali.
Dhana ya mtawanyiko
Moja ya vigezo kuu vya kiteknolojia vinavyobainisha dutu na nyenzo katika michakato mbalimbali ya uzalishaji ni usahili wake. Inapaswa kuzingatiwa wakati wa uteuzi wa vifaa vya teknolojia ya kemikali, katika uzalishaji wa bidhaa mbalimbali za chakula, nk. Hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba kwa kupungua kwa chembe za vitu, eneo la uso wa awamu huongezeka na kiwango cha mwingiliano wao huongezeka, lakini pia kwa ukweli kwamba baadhi ya mali ya mfumo hubadilika katika kesi hii.. Hasa, umumunyifu huongezeka, reactivity huongezekavitu, joto la mabadiliko ya awamu hupungua. Kwa hiyo, ikawa muhimu kupata sifa za kiasi cha mtawanyiko wa mifumo mbalimbali na katika uchambuzi wa mchanga.
Kulingana na jinsi saizi za chembe katika awamu iliyotawanywa zinavyohusiana, mifumo imegawanywa kuwa monodisperse na polydisperse. Ya kwanza inajumuisha chembe chembe za ukubwa sawa. Mifumo kama hii ya kutawanya ni nadra sana na kwa kweli iko karibu sana na ile ya kweli ya monodisperse. Kwa upande mwingine, idadi kubwa ya mifumo iliyopo ya kutawanya ni polydisperse. Hii ina maana kwamba zinajumuisha chembe tofauti kwa ukubwa, na maudhui yao si sawa. Katika mchakato wa uchanganuzi wa mchanga wa mifumo ya kutawanya, ukubwa wa chembe zinazounda hubainishwa, ikifuatiwa na ujenzi wa mikondo ya usambazaji wa saizi yake.
Misingi ya kinadharia
Uwekaji mchanga ni mchakato wa kunyesha kwa chembe zinazounda awamu iliyotawanywa katika midia ya gesi au kioevu chini ya hatua ya mvuto. Uwekaji mchanga unaweza kubadilishwa ikiwa chembe (matone) huelea katika miisho mbalimbali.
Mvuto Fg unaotenda kwenye chembe za duara unaweza kukokotwa kwa kutumia fomula ya kusahihisha hidrostatic:
Fg=4/3 π r3 (ρ-ρ0) g, ambapo ρ ni msongamano wa maada; r ni radius ya chembe; ρ0 - msongamano wa maji; g - kuongeza kasikuanguka bila malipo.
Nguvu ya msuguano Fη, iliyofafanuliwa na sheria ya Stokes, inapinga upangaji wa chembe:
Fη=6 π η r ᴠsed, ambapo ᴠsed ni kasi ya chembe na η ni mnato wa umajimaji.
Kwa wakati fulani, chembe huanza kutulia kwa kasi isiyobadilika, ambayo inaelezewa na usawa wa nguvu zinazopingana Fg=Fη, ambayo ina maana kwamba usawa pia ni kweli:
4/3 π r3 (ρ-ρ0) g=6 π η r ·ᴠ sed. Kwa kuibadilisha, unaweza kupata fomula inayoonyesha uhusiano kati ya kipenyo cha chembe na kasi yake ya kutua:
r=√(9η/(2 (ρ-ρ0) g)) ᴠsed=K √ᴠ iliwekwa.
Ikiwa tutazingatia kwamba kasi ya chembe inaweza kufafanuliwa kama uwiano wa njia yake H hadi wakati wa harakati τ, basi tunaweza kuandika mlinganyo wa Stokes:
ᴠaliketi=N/t.
Kisha kipenyo cha chembe kinaweza kuhusishwa na wakati wa kutua kwake kwa mlinganyo:
r=K √N/t.
Hata hivyo, ni vyema kutambua kwamba uhalali huo wa kinadharia wa uchanganuzi wa mchanga utakuwa halali chini ya masharti kadhaa:
- Ukubwa wa chembe imara lazima iwe kati ya 10–5 hadi 10–2 tazama
- Chembe lazima ziwe duara.
- Chembe lazima zisogee kwa kasi isiyobadilika na bila ya chembe jirani.
- Msuguano lazima uwe jambo la ndani la utawanyiko.
Kutokana na ukweli kwamba kusimamishwa kwa kweli mara nyingi kunachembe ambazo hutofautiana kwa kiasi kikubwa katika umbo na zile za duara huanzisha dhana ya radius sawa kwa madhumuni ya uchanganuzi wa mchanga. Ili kufanya hivyo, kipenyo cha chembe dhahania za duara zilizotengenezwa kwa nyenzo sawa na zile halisi katika kusimamishwa na kutua kwa kasi iliyosomwa huwekwa badala ya milinganyo ya hesabu.
Kiutendaji, chembe katika mifumo iliyotawanywa huwa na ukubwa tofauti tofauti, na kazi kuu ya uchanganuzi wa mchanga unaweza kuitwa uchanganuzi wa saizi ya chembe ndani yake. Kwa maneno mengine, wakati wa utafiti wa mifumo ya polydisperse, maudhui ya jamaa ya sehemu mbalimbali hupatikana (seti ya chembe ambazo saizi zake ziko katika muda fulani).
Sifa za uchanganuzi wa mchanga
Kuna mbinu kadhaa za kufanya uchanganuzi wa mifumo iliyotawanywa kwa mchanga:
- kufuatilia katika uga wa mvuto kasi ambayo chembe hutua kwenye kioevu tulivu;
- msukosuko wa kusimamishwa kwa mgawanyiko wake uliofuata katika sehemu za chembe za saizi fulani katika jeti ya kioevu;
- mtengano wa poda katika sehemu zenye ukubwa fulani wa chembe, unaofanywa kwa kutenganisha hewa;
- kufuatilia katika uga wa katikati vigezo vya kupungua kwa mifumo iliyotawanywa sana.
Mojawapo ya zinazotumika sana ni toleo la kwanza la uchanganuzi. Kwa utekelezaji wake, kiwango cha mchanga hubainishwa na mojawapo ya mbinu zifuatazo:
- kutazama kwa darubini;
- kupima mashapo yaliyokusanywa;
- kuamua mkusanyiko wa awamu iliyotawanywa katika kipindi fulani cha mchakato wa kusuluhisha;
- kupima shinikizo la hydrostatic wakati wa kutuliza;
- kubainisha msongamano wa kusimamishwa katika kipindi cha kusuluhisha.
Dhana ya kusimamishwa
Viahirisho vinaeleweka kama mifumo mbavu inayoundwa na awamu dhabiti iliyotawanywa, saizi yake ya chembe inazidi sentimita 10-5, na chombo cha kutawanya kioevu. Kusimamishwa mara nyingi hujulikana kama kusimamishwa kwa vitu vya poda katika vimiminiko. Kwa kweli, hii sio kweli kabisa, kwani slurries ni kusimamishwa kwa dilute. Chembe chembe za awamu gumu zinajitegemea kinetically na zinaweza kusonga kwa uhuru kwenye kioevu.
Katika uahirishaji halisi (uliokolea), ambao mara nyingi huitwa vibandiko, chembe thabiti huingiliana. Hii husababisha kuundwa kwa muundo fulani wa anga.
Kuna aina nyingine ya mifumo iliyotawanywa inayoundwa na awamu dhabiti zilizotawanywa na midia ya utawanyiko wa kioevu. Wanaitwa lyosols. Hata hivyo, saizi ya chembe ni ndogo zaidi (kutoka 10-7 hadi 10-5 cm). Katika suala hili, sedimentation ndani yao haina maana, lakini lyosols ni sifa ya matukio kama vile mwendo wa Brownian, osmosis na kuenea. Uchambuzi wa mchanga wa kusimamishwa unategemea kutokuwa na utulivu wa kinetic. Hii ina maana kwamba kusimamishwa kunabainishwa na ubadilikaji wa wakati wa vigezo kama vile unafuu na usambazaji wa usawa wa chembe katika utawanyiko.
Mbinu
Uchanganuzi wa uwekaji mchanga hufanywa kwa kutumia mizani ya msokoto na kikombe cha foil(kipenyo 1-2 cm) na kioo kirefu. Kabla ya kuanza uchambuzi, kikombe kinapimwa kwa njia ya kutawanya, kuzama ndani ya chupa iliyojaa na kusawazisha usawa. Pamoja na hili, kina cha kuzamishwa kwake kinapimwa. Baada ya hayo, kikombe kinaondolewa na haraka kuwekwa kwenye kioo na kusimamishwa kwa mtihani, wakati lazima kunyongwa kwenye ndoano ya boriti ya usawa. Wakati huo huo, stopwatch itaanza. Jedwali lina data kuhusu wingi wa mvua katika maeneo kiholela kwa wakati.
| Muda tangu kuanza kwa masomo, s | Wingi wa kikombe chenye mashapo, g | Wingi wa mashapo, g | 1/t, c-1 | Kikomo cha mchanga, g |
Kwa kutumia data ya jedwali, chora mduara wa mchanga kwenye karatasi ya grafu. Wingi wa chembe zilizowekwa hupangwa kando ya mhimili wa kuratibu, na wakati unapangwa kando ya mhimili wa abscissa. Katika kesi hii, kipimo cha kutosha kinachaguliwa ili iwe rahisi kufanya mahesabu zaidi ya picha.
Uchambuzi wa curve
Katika hali ya kutawanyika, kasi ya kutulia ya chembe itakuwa sawa, ambayo ina maana kwamba kutulia kutabainishwa kwa usawa. Mviringo wa mchanga katika kesi hii utakuwa wa mstari.
Wakati wa utatuzi wa kusimamishwa kwa polydisperse (ambayo hufanyika kwa vitendo), chembe za ukubwa tofauti pia hutofautiana katika kasi ya kutua. Hili linaonyeshwa kwenye jedwali katika ukungu wa mpaka wa safu ya kutua.
Mwingo wa chini huchakatwa kwa kuigawanya katika sehemu kadhaa na kuchora tanjenti. Kila tangent itakuwa na sifa ya subsidence ya tofautisambaza sehemu ya kusimamishwa.
Wazo la jumla la usambazaji wa saizi ya chembe
Maudhui ya kiasi ya chembe za ukubwa fulani kwenye mwamba kwa kawaida huitwa utungo wa granulometriki. Baadhi ya mali ya vyombo vya habari vya porous hutegemea, kwa mfano, upenyezaji, eneo maalum la uso, porosity, nk. Kulingana na mali hizi, kwa upande wake, hitimisho linaweza kutolewa kuhusu hali ya kijiolojia kwa ajili ya malezi ya amana za miamba. Ndiyo maana mojawapo ya hatua za kwanza katika utafiti wa miamba ya sedimentary ni uchanganuzi wa granulometriki.
Kwa hivyo, kulingana na matokeo ya uchanganuzi wa muundo wa mchanga wa mchanga unaogusana na mafuta, huchagua vifaa na taratibu za kazi katika mazoezi ya uwanja wa mafuta. Inasaidia kuchagua vichungi ili kuzuia mchanga usiingie kwenye kisima. Kiasi cha udongo na madini yaliyotawanywa ya colloidal katika muundo huamua michakato ya kunyonya ioni, pamoja na kiwango cha uvimbe wa miamba katika maji.
Uchambuzi wa sedimentary wa muundo wa granulometriki wa miamba
Kutokana na ukweli kwamba uchanganuzi wa mifumo ya kutawanya kwa kuzingatia kanuni za mchanga una vikwazo kadhaa, matumizi yake katika hali yake safi kwa ajili ya uchunguzi wa granulometriki wa utungaji wa miamba haitoi kuegemea na usahihi. Leo inafanywa kwa kutumia vifaa vya kisasa kwa kutumia programu za kompyuta.
Zinaruhusu utafiti wa chembe za miamba kutoka safu ya kuanzia, hukuruhusu kuendelea kurekodi mkusanyiko.mashapo, bila kujumuisha kukadiria kwa milinganyo, pima kiwango cha mchanga moja kwa moja. Na, sio muhimu sana, huruhusu uchunguzi wa mchanga wa chembe zenye umbo lisilo la kawaida. Asilimia ya sehemu ya saizi moja au nyingine hubainishwa na kompyuta, kulingana na jumla ya wingi wa sampuli, ambayo ina maana kwamba haihitaji kupimwa kabla ya uchanganuzi.
