Практическое применение пен

Область применения пен необъятна. Ограничимся толь­ко перечислением наиболее популярных из них.

1. Многие пищевые продукты представляют собой пены: хлебобулочные изделия, кремы, муссы, торты, кон­феты, взбитые сливки, коктейли, мороженое и др.

2. Пеносушка – сушка с предварительным вспенива­нием, обеспечивает получение сухих продуктов с тонкой структурой, которая определяется геометрическими раз­мерами ячеек пены. Пеносушка используется при производстве сухого картофельного пюре, кофе, овощных и фруктовых пюре, соков, порошков для приготовления шипучих напитков, казеинатов, кормовых дрожжей и т. д.

3. Многие лекарства мы принимаем в виде пен.

4. В химической промышленности используются эф­фективные пенные аппараты для проведения процессов в газожидкостных системах: адсорбции, десорбции, испаре­ния, конденсации, сушки, очистки газов. Большая ско­рость процессов достигается увеличением поверхности кон­тактирующих фаз.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пены – это грубодисперсные высококонцентрирован­ные системы, в которых дисперсной фазой являются пу­зырьки газа, а дисперсионной средой –жидкость в виде тонких пленок. Концентрация пузырьков газа должна быть более 74% (объемных).

Классификация пен часто основывается на их крат­ности : если 10 – пены называют жидкими, если 10 1000 – сухими.

Основными характеристиками пен являются: крат­ность, дисперсность, устойчивость во времени.

В пенах пузырьки газа прижаты друг к другу тонкой прослойкой дисперсионной среды – пенными пленками. Система находится в устойчивом равновесии, когда кон­такт осуществляется между тремя пузырьками. Пленки жидкости между этими пузырьками образуют треуголь­ник Плато, углы между пленками примерно 120°. В ме­стах, где стыкуются пленки, образуются утолщения, на­зываемые каналами.

Пены являются типичными лиофобными системами. Термодинамически они не устойчивы. В них протекают следующие процессы, ведущие к изменению строения и постепенному разрушению пены.

1. Диффузионный перенос газа из мелких пузырьков в более крупные и из поверхностных пузырьков во внешнюю среду. В этом проявляется агрегативная неустойчивость.

2. Стекание дисперсионной среды под действием силы тяжести. В этом состоит седиментационная неустойчи­вость пен.

3. Указанные процессы ведут к утончению пенных

пленок и их постепенному разрушению.

Устойчивыми пены получаются только в присутствии специальных веществ – пенообразователей, В качестве пенообразователей обычно используются:

• коллоидные ПАВ;

• ВМС.

Адсорбционные слои, образуемые этими веществами, стабилизируют пенные пленки, замедляя вытекание из них жидкости.

Основные свойства пены:

• структурно–механические (предельное напряжение сдвига и вязкость);

• оптические (рассеяние и поглощение света);

• электрическая проводимость.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие системы называются пенами? Как они обозна­чаются?

2. Как классифицируются пены? Что называется крат­ностью пены?

3. С помощью каких величин оценивают дисперсность пены? Какие

существуют методы определения дис­персности?

4. Являются ли пены термодинамически устойчивыми системами?

5. В чем заключается седиментационная устойчивость пены?

6. Что понимается под агрегативной устойчивостью пены?

7. Какие вещества используют в качестве пенообразова­телей?

8. Какие вы знаете факторы устойчивости пены?

9. Как можно предотвратить образование пены в техно­логическом

процессе?

10. Какие существуют методы разрушения пен?

Изучив содержание главы 17, вы должны знать:

• структуру пен, их седиментационную и агрегативную устойчивость;

• факторы устойчивости пен;

• основные пенообразователи и способы разрушения пен;

• способы получения и разрушения пен.

ГЛАВА 18

АЭРОЗОЛИ

Аэрозолем называется микрогетерогенная система, в. которой частички твердого вещества или капельки жид­кости взвешены в газе. Условное обозначение аэрозолей: Т/Г или Ж/Г.

Чтобы было ясно, насколько важным является этот вид дисперсных систем, приведем примеры аэрозолей. Космическое пространство, атмосфера Земли, воздух, ко­торым мы дышим, – все это аэрозоли. Аэрозоли возни­кают естественным путем, образуются искусственно и со­путствуют промышленному производству.

Ветер поднимает и разносит облака пыли, создавая пыльные бури. Пыль может подниматься на высоту 5–6 км и переноситься на расстояния, измеряемые тысяча­ми километров. В Норвегии, например, была обнаружена пыль пустыни Сахара. При извержении вулканов, а их на Земле более 600, в атмосферу выбрасывается несколь­ко десятков миллионов тонн грунта, большая часть кото­рого переходит в аэрозольное состояние. Так, в результа­те гигантского извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. в стратосферу было выброшено такое количе­ство пыли, что следующий, 1816 г., вошел в историю как «год без лета». Микроорганизмы, вирусы и споры расте­ний подхватываются потоком воздуха и образуют аэрозо­ли. Споры плесени и дрожжей находят в атмосфере на высоте свыше 11 км. Аэрозоли биологического происхож­дения переносятся на огромные расстояния – были от­мечены случаи, когда споры грибов были обнаружены над Карибским морем в 1000 км от ближайшего возможного места их образования. Вода, испаряемая с водной поверхности Земли, образует аэрозоли, разрушение кото­рых приводит к возникновению дождя, снега, града. До 30% всех естественных аэрозолей дает космическая пыль. Все это – аэрозоли, которые возникают естественным путем, без участия человека.

Около 10% всех аэрозолей получается искусственно: это распыление ядохимикатов и удобрений, орошение, бытовые аэрозоли и т. д.

И, наконец, третья группа аэрозолей – это промыш­ленные аэрозоли. В шахтах, карьерах для добычи полез­ных ископаемых, около металлургических и химиче­ских комбинатов, при работе различных агрегатов (дро­билок, мельниц, многочисленных котельных) образуются аэрозоли, загрязняющие воздух. Все виды наземного, воздушного и водного транспорта являются источника­ми аэрозолей за счет сгорания топлива. Достаточно от­метить, что в результате сгорания топлива ежегодно выб­расывается в атмосферу более 100 т твердых и 1 млн т газообразных веществ. Производство ядерного топлива, эксплуатация атомных электростанций, испытания ядер­ного оружия приводят к образованию радиоактивных аэрозолей.

Таковы основные источники образования аэрозолей. Ежегодно в среднем 1 км² земной поверхности выбрасы­вает в атмосферу 20 т раздробленной массы, которая пре­вращается в атмосферные аэрозоли.

КЛАСИФИКАЦИЯ АЭРОЗОЛЕЙ

1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:

• туман (Ж/Г);

• дым, пыль (Т/Г);

• смог (Ж+Т)/Г [Smog] = Smoke (дым) + fog (туман)

2. По дисперсности:

• туман (Ж/Г), 10 ⁵ d 10 ³ см;

• дым (Т/Г), 10 ⁷ d 10 ³ см;

• пыль Т/Г, d > 10 ³ см.

3. По методам получения:

• конденсационные;

• диспергационные.