Факторы, определяющие свойства дисперсных систем
Возможные состояния дисперсной среды
Тип дисперсной системы принято обозначать двумя буквами (первая изкоторых относится к дисперсной фазе, вторая – к дисперсионной среде) в соответствии с агрегатным состоянием фаз: Т – твердая, Ж – жидкая, Г – газообразная.
Факторы устойчивости дисперсных систем
Рассмотрим основные факторы агрегативной и седиментационной устойчивости:
1. Электростатический фактор. Заключается в уменьшении межфазного натяжения в связи с образованием ДЭС, отталкиванием одноименно заряженных частиц при сжатии ДЭС.
2. Адсорбционно-сольватный фактор. Обусловлен уменьшением межфазного натяжения в результате адсорбции активных компонентов среды на межфазной границе и повышении степени сродства фаз.
3. Структурно-механический фактор. Связан с прочностью, вязкостью образованных на частицах дисперсной фазы адсорбционносольватных, включая ДЭС, слоев. Наиболее распространенный фактор повышения устойчивости и стабильности дисперсных систем, в том числе и в буровой технологии, особенно лиофобных промывочных жидкостей типа инвертных эмульсионных растворов.
4. Энтропийный фактор. Связан со стремлением дисперсной фазы к равномерному распределению в объеме дисперсионной среды в связи с броуновским движением. Имеет место для частиц дисперсной фазы коллоидных размеров, близких к размерам молекул (истинных) растворов. В растворах высокомолекулярных соединений энтропийный фактор проявляется в хаотичном взаимодействии цепей углеводородных радикалов между собой.
|
|
|
5. Гидродинамический фактор. Обусловлен снижением скорости коагуляции при повышении вязкости среды, снижении разности плотностей среды и фазы дисперсной системы.
6. Смешанные факторы. Заключаются в одновременном действии нескольких факторов, что и наблюдается в реальных дисперсных системах. Особенно высокая устойчивость дисперсных систем достигается при сочетании термодинамических и кинетических факторов.
Рассмотрим несколько подробнее факторы, связанные с седиментационной устойчивостью дисперсных систем. При потере седиментационной устойчивости частица дисперсной фазы оседает под действием гравитационной силы (силы тяжести) Fд = m·g =ρ·V·g, где m, ρ, V – соответственно масса, плотность и объем частицы. Противодействуют оседанию частицы сила Архимеда FА и сила трения Fтр, которые соответственно равны: FА = ρ0·V·g и Fтр = φ· v , где ρ0, φ, v – плотность среды, коэффициент трения и скорость оседания соответственно. Скорость оседания равна нулю при условии равновесия сил, т.е. Fд = FА + Fтр. Отсюда можно найти скорость оседания частицы, если известен коэффициент трения. Последний можно найти по формуле (закону) Стокса для жидкостей φ = 6·π·r·μ (для частицы сферической формы). Тогда скорость оседания будет равна:
|
|
|
В качестве примера в таблице 14.3 приведены значения скорости и времени оседания частиц кремнезема (SiO2) в воде в зависимости от их размера, рассчитанные по формуле (14.12). Формула (14.12) применима при следующих допущениях: – отсутствует турбулентность при оседании частиц; – размер частиц дисперсной фазы от 5 до 100 мкм; – частицы дисперсной фазы оседают независимо друг от друга, что может быть только в разбавленных дисперсных системах.
Из (14.12) следуют очень важные рекомендации для повышения седиментационной устойчивости систем: необходимо снижать разность плотностей среды и фазы, размер частиц фазы и повышать вязкость среды. Эти рекомендации широко используются в буровой технологии для обеспечения требуемой устойчивости промывочных жидкостей. Поскольку устойчивость дисперсных систем непосредственно связана с взаимодействием частиц дисперсной фазы, с их коагуляцией, все существующие теории устойчивости опираются на установленные закономерности поведения дисперсных систем в зависимости от баланса сил притяжения и отталкивания частиц. Широкое признание получила теория устойчивости лиофобных дисперсных систем, рассматривающая процесс коагуляции как результат совместного действия ван-дер-ваальсовых сил притяжения и электростатических сил отталкивания диффузных слоев ионов, окружающих частицы дисперсной фазы. Эта теория была развита в 1937–1941 гг. советскими учеными Б.В. Дерягиным и Л.Д. Ландау, а также голландскими учеными Е. Фервеем и Дж. Овербеком. Теория получила название ДЛФО (DLFO). Дерягин ввел понятие расклинивающего давления (РД), возникающего в тонком слое жидкости между сближающимися поверхностями твердых тел. Если давление, возникающее в пленке при ее сжатии (утончении), предупреждает соединение частиц, оно положительное, если нет – отрицательное.
|
|
|
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 368; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!