ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Конденсационное образование аэрозолей из "Пестицидные аэрозоли" В предыдущих разделах мы рассматривали первый из двух основных способов образования аэрозолей — дисперсионный, при котором мелкие частицы образуются путем дробления вещества. Обратимся теперь ко второму из этих способов — конденсационному, при котором мельчайшие частицы образуются путем конденсации паров. [c.49] Конденсационный способ образования аэрозолей — наиболее распространенный. При охлаждении пара, находящегося в воздухе, посредством смешивания с холодным воздухом или расширения образуется пересыщенный пар, который конденсируется (спонтанно или на мельчайших взвешенных частицах — ядрах конденсации) с образованием множества мельчайших капелек. Этим путем образуются атмосферные облака при подъеме теплого влажного воздуха в холодные верхние слои атмосферы, туманы при охлаждении приземного слоя влажного воздуха а вечерние часы и дымы при смешивании горячих влажных топочных газов с окружающим холодным воздухом. [c.49] Промышленные аэрозоли конденсационного происхождения могут приносить большой вред. Прежде всего эго относится к. аэрозолям ядовитых и радиоактивных веществ. Аэрозольные частицы в выхлопных газах автомобилей и в табачном дыме содержат канцерогенные вещества. При производстве фосфорной,, серной и многих других кислот образуется устойчивый агрессивный туман, который вызывает разрушения в окрестностях химических заводов и отравляет атмосферу. [c.49] Очень мелкие и высокоактивные порошки, применяемые в порошковой металлургии, получают преимущественно конденсационным методом. Этим же методом пользуются и при производстве сажи, которая широко используется в народном хозяйстве. [c.49] Конденсационное образование аэрозолей является предметом многочисленных исследований и рассмотрено в ряде монографий (см., например, [78—82, 50]). [c.49] Для конденсационного образования аэрозоля необходимо наличие пересыщения пара. Когда пересыщение 5 превышает некоторую критическую для данных условий величину 5 , происходит быстрое образование аэрозоля. [c.49] Центрами конденсации пересыщенного пара могут служить взвешенные в газе частицы, или газовые ионы (конденсация на ядрах), или зародыши (группы молекул), непрерывно возникающие в газе в результате флуктуаций при хаотическом тепловом движении молекул (спонтанная конденсация). [c.49] С уменьшением г точность уравнения (1.38) снижается, поскольку свойства малых капель отличаются от свойств веществ в большом объеме. Например, поверхностное натяжение о зависит от радиуса капли. У капли, имеющей электрический заряд, в правой части уравнения (1.38) появляется слагаемое, учитывающее влияние величины этого заряда на S. [c.50] В газовой смеси, содержащей пар, в результате флуктуаций постоянно образуются комплексы, состоящие из нескольких молекул, которые тотчас же распадаются чем больше размер комплексов, тем реже они образуются. В пересыщенном паре некоторые из комплексов достигают критического размера, при котором давление насыщенного пара над ними становится равным давлению пара в окружающей среде такие комплексы не распадаются и могут служить зародышами (центрами конденсации). [c.50] Дальнейшее развитие теории спонтанной конденсации изложено в многочисленных исследованиях, перечень и обсуждение которых имеются в работах [78—82]. Различные подходы к решению данной задачи отчасти связаны с тем, что к мелким комплексам, содержащим относительно небольшое количество молекул, не применимы обычные термодинамические представления, справедливые по отношению к крупным каплям. В результате известно множество уравнений для определения /, предложенных различными авторами [78]. [c.50] Как уже отмечалось, конденсация пара в объеме и образование аэрозоля происходит при определенном критическом пересыщении пара 5н, т. е. при условии 5 S . При спонтанной конденсации пара понятие о критическом пересыщении пара является условным, так как образование зародышей происходит и при 5 S , но с малой скоростью. Практически ввиду сильной зависимости скорости образования зародышей от 5 [что видно из структуры формулы (1.39), в которой величина AG, характеризующая пересыщение пара, входит в показатель степени]. [c.50] Существующие методы определения критического пересыщения одинаковы как при наличии в исследуемой газовой смеси ядер конденсации, так и в гомогенной конденсации. Сущность, этих методов состоит в том, что в исследуемой газовой смеси повышают степень пересыщения пара до появления аэрозоля,, который обнаруживают по рассеянию света. Пересыщение пара в момент появления аэрозоля принимают равным Такие методы являются приближенными, так как пересыщение пара в-момент появления тумана соответствует не началу конденсации пара на ядрах или зародышах, а достаточно интенсивному рассеянию света образующимися частицами. Особенно значительные погрешности возможны при определении 5 для гомогенной конденсации пара, поскольку численная концентрация зародышей сильно изменяется во времени. Кроме того, степень рассеяния света зародышами (радиус которых значительно меньше длины волны света) сильно возрастает с увеличением размера зародышей. Краткий обзор результатов экспериментальных ис -следований по определению для паров различных жидкостей приведен в [78]. [c.51] Обычно величина определялась при помощи камеры Вильсона, в которой происходило охлаждение парогазовой смеси (в результате ее адиабатического расширения), образование зародышей, затем частиц аэрозоля. Весьма эффективен метод определения 5 при смешении парогазовой смеси с холодным газом в турбулентной свободной струе [84]. Метод основан на том, что при помощи теории турбулентных свободных струй можно определять возникающие значения пересыщения 5 в любой точке струи, в том числе и максимальное пересыщение 5тах,-если известны параметры смешивающихся потоков. Изменяя эти параметры, можно получить такое пересыщение, при котором в струе появляется туман это пересыщение может быть принято равным критическому. [c.51] Между теоретически вычисленными и экспериментально определенными значениями имеется достаточно близкое соответствие. [c.51] Более подробное исследование спонтанной конденсации в турбулентной струе приведено в [89]. [c.51] Что касается скорости образования зародышей I, то ни одно из теоретических уравнений для определения 1 не дало совпадения с экспериментальными данными, полученными различными методами [78]. Для получения такого совпадения необходима существенная корректировка уравнений, основанная на дальнейшем развитии теории. [c.51] В [78] подробно рассмотрены процессы образования пересыщенного пара и аэрозоля при адиабатическом расширении газовой смеси, при лучеиспускании, при турбулентном смешении газов (в частности, в турбулентной свободной струе парогазовой смеси), в результате диффузии, теплопроводности, химических реакций, а также процессы образования монодисперсного аэрозоля на искусственных ядрах конденсации в различных генераторах (см. также [50]). [c.52] В предыдущие годы основное внимание при изучении объемной конденсации было обращено на конденсацию при невысоких пересыщениях (конденсацию медленного типа ). За последние годы появились исследования конденсации при гигантских пересыщениях (конденсация быстрого типа ), представляющие не только большой научный интерес, но и очень важные для техники и технологии. Основные свойства образующихся при этом высокодисперсных аэрозолей (ВДА), процессы их образования, методы получения, методы исследования рассмотрены в работе [81]. Теория процесса быстрой конденсации изложена в [82]. [c.52] Вернуться к основной статье