Седиментация в гравитационном поле и основы седиментационного анализа

Так как частицы дисперсной фазы в грубодисперсионных системах сравнительно велики и не совершают поступательного броуновского движения (оно возможно лишь для частиц размером меньше микрона), они сравнительно быстро оседают. Чем крупнее частицы дисперсной фазы, тем быстрее они оседают. Поэтому можно произвести разделение частиц полидисперсной суспензии на фракции по размерам - фракционирование суспензии, а также провести седиментационный анализ полидисперсной системы, т. е. установить ее фракционный состав.

Для определения размера частиц суспензии преобразуют уравнение (3) на основании следующих соображений:

при равномерном движении частицы скорость седиментации u_сед = H/t (Н— высота оседания, t— время оседания);

масса сферической частицы радиуса r

(8)

где v— объем сферической частицы.

Подставив приведенные выше выражения для u_сед и т в уравнение (3), получим

(9)

откуда

(10)

В уравнении (10) выражение

(11)

есть величина постоянная для данной системы и условий опыта (константа седиментации). Следовательно,

(12)

Уравнения (2) и (12) справедливы лишь для твердых сферических частиц, движущихся равномерно с небольшой скоростью в среде, которую можно считать безграничной по отношению к падающей частице. Расстояние между падающими частицами должно быть велико, чтобы не было взаимодействия между ними и падение одних частиц не отражалось на скорости других; поэтому анализ ведут обычно в суспензиях с концентрацией не выше 1% (мас.). Суспензия должна быть агрегативно устойчивой, т. е. частицы не должны коагулировать за время седиментации.

Реальные суспензии очень часто содержат частицы, сильно отличающиеся по форме от шарообразных. При исследовании таких суспензий с помощью седиментационного анализа радиус частиц, подсчитанный по уравнению (12), представляет собой радиус воображаемых шарообразных частиц из того же материала, оседающих с той же скоростью, что и частицы изучаемой суспензии. Вычисленный таким образом радиус называется эквивалентным.

Существует несколько принципов седиментационного анализа. К первой группе относятся методы, В которых анализ проводится с разделением дисперсной фазы на отдельные фракции; это может происходить в спокойной жидкости, а также в текущей струе жидкости. Во вторую группу входят методы, в которых не производится непосредственное разделение дисперсной системы на фракции: к ним относится гравиметрический (весовой) метод анализа. В последнем случае по результатам непрерывного определения массы седиментационного остатка строят седиментационную кривую - зависимость массы седиментационного осадка m от времени оседания t (рис..1). В реальных полидисперсных системах кривые оседания имеют плавный ход. Затем экспериментальную седиментационную кривую обрабатывают либо графическим способом (путем построения касательных в точках кривой, соответствующих разным значениям t) и получают данные для построения интегральной и дифференциальной кривых распределения, либо пользуются аналитическим методом расчета кривых распределения. Седиментационный анализ проводят на весах Фигуровского или с помощью торзионных весов. В литературе имеется сравнительный анализ некоторых конструкций седиментометров, выпускаемых серийно заграничными фирмами. Их действие основано либо на измерении массы седиментационного осадка, либо на определении концентрации суспензии по поглощению излучения в оптическом или рентгеновском диапазоне длин волн, а также потоков частиц (оптические седиментометры).

Дата добавления: 2015-08-31