Классификация неоднородных систем

Наиболее общий признак любой неоднородной системы — наличие двух (или более) фаз, которые отделены друг от друга выраженной поверхностью раздела. Этим признаком неоднородные системы отличаются от растворов, которые также состоят из нескольких компонентов, образующих однородную смесь. Одну из фаз, сплошную, будем называть дисперсионной, а другую, мелкораздробленную и распределенную в первой, — дисперсной фазой. В зависимости от вида дисперсионной среды различают неоднородные смеси, жидкие и газовые. В табл. 5.1 приведена классификация неоднородных систем по виду дисперсной и дисперсионных фаз.

Таблица 5.1

Классификация неоднородных систем

Фаза		Неоднородная система
дисперсионная	дисперсная
Жидкость	Твердое тело	Суспензии: грубые тонкие мути коллоидные растворы
Жидкость Жидкость Газ Газ	Жидкость Газ Твердое тело Жидкость	Эмульсии Пены Пыли Туманы

Классификация и характеристика неоднородных систем

Неоднородной системой считается система, которая состоит из двух или нескольких фаз. Каждая фаза имеет свою поверхность раздела и ее можно механически отделить от другой.

Неоднородная система состоит из внутренней (дисперсной) фазы и внешней фазы (дисперсионной среды), в которой находятся частицы дисперсной фазы. Системы, в которых внешней фазой являются жидкости, называются неоднородными жидкими системами, а если газы - неод­нородными газовыми системами. Неоднородные системы называют гетерогенными, а однородные - гомогенными. Под однородной жидкостной системой понимают чистую жидкость или раствор в ней каких-либо веществ. Неоднородной, или гетерогенной, жидкостной системой называют жидкость, в которой находятся какие-либо нерастворенные вещества в виде мельчайших частиц. Гетерогенные системы часто называют дисперсными.

Различают следующие виды неоднородных систем: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы, туманы.

Суспензия - это система, состоящая из сплошной жидкой фазы, в которой взвешены твердые частицы. Например, соусы с мукой, крахмальное молоко, патока с кристаллами сахара.

Суспензии в зависимости от размеров частиц делятся на грубые (размер частиц более 100 мкм), тонкие (0,1-100 мкм) и коллоидные растворы, содержащие твердые частицы размером 0,1 мкм и меньше.

Эмульсия - это система, состоящая из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не растворившейся в первой. Это, например, молоко, смесь растительного масла и воды. Имеются газовые эмульсии, в которых дисперсионная среда - жидкость, а дисперсная фаза - газ.

Пена - это система, состоящая из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа. Например, кремы и другие взбитые продукты. Пены по своим свойствам близки к эмульсиям.

Для эмульсий и пен характерна возможность перехода дисперсной фазы в дисперсионную среду и наоборот. Этот переход, возможный при определенном массовом соотношении фаз, называют инверсией фаз или просто инверсией.

Аэрозолями называют дисперсную систему с газообразной дисперсионной средой и твердой или жидкой дисперсной фазой, которая состоит из частиц от квазимолекулярного до микроскопического размера, обладающих свойством находиться во взвешенном состоянии более или менее продолжительное время. Это понятие объединяет пыли, дымы, туманы. Например, мучная пыль, образуемая при измельчении зерна, просеивании, транспортировке муки; сахарная пыль, образуемая при сушке сахара, и др. Дым образуется при сжигании твердого топлива, туман -при конденсации пара.

В аэрозолях дисперсионной средой является газ или воздух, а дисперсной фазой в пыли и дыме - твердые вещества, в туманах - жидкость.

Пыль и дым — системы, состоящие из газа и распределенных в них твердых частиц размерами 5-50 мкм и 0,3-5 мкм соответственно. Туман - это система, состоящая из газа и распределенных в нем капель жидкости размером 0,3-3 мкм, образовавшихся в результате конденсации.

Качественным показателем, характеризующим однородность частиц аэрозоля по размеру, является степень дисперсности. Аэрозоль называют монодисперсным, когда составляющие его частицы имеют одинаковый размер, и полидисперсным - при содержании в нем частиц разного размера. Монодисперсных аэрозолей в природе практически не существует. Имеются лишь некоторые аэрозоли, которые по размерам частиц лишь приближаются к монодисперсным системам (гифы грибов, специально получаемые туманы и др.).

Дисперсные или гетерогенные системы в зависимости от количества дисперсных фаз могут быть одно- и многокомпонентными. Например, многокомпонентной системой является молоко (имеет две дисперсные фазы: жир и белок); соусы (дисперсными фазами являются мука, жир и др.).

Методы разделения гетерогенных систем классифицируются в зависимости от размеров взвешенных частиц дисперсной фазы, разности плотностей дисперсной и сплошной фаз, а также вязкости сплошной фазы. Применяют следующие основные методы разделения: осаждение, фильтрование, центрифугирование, мокрое разделение, электроочистка.

Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы дисперсной фазы отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести, центробежной или электростатической. Осаждение под действием силы тяжести называется отстаиванием.

Фильтрование - процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ и задерживать взвешенные в среде твердые частицы. Фильтрование осуществляется под действием сил давления и применяется для более тонкого, чем при осаждении, разделения суспензий и пылей.

Центрифугирование - процесс разделения суспензий и эмульсий под действием центробежной силы.

Мокрое разделение - процесс улавливания взвешенных в газе частиц с помощью какой-либо жидкости.

Электроочистка - очистка газов под воздействием электрических сил.

Методы разделения жидких и неоднородных газовых систем основаны на одинаковых принципах, но используемое оборудование имеет ряд особенностей.