رفتن به محتوا

نیرو‌های سطحی و نقش آن در طراحی آنتی فوم مناسب

نیرو‌های سطحی و نقش آن در طراحی آنتی فوم مناسب

blog3

ترکیبات اسیدی و مشکلات ایجادشده در اثر حضور این ترکیبات، پالایش گاز را ضروری کرده است.‌ کف‌زایی یکی از متداول‌ترین مشکلات در برج جذب است که باعث افزایش مصرف آمین، اختلاف فشار در بالا و پایین برج و درنهایت کاهش راندمان می‌شود. اهمیت موضوع کنترل کف با توجه به مصرف سالانه حدود ۷۰ تن ضد کف در پالایشگاه‌های کشور بیش‌ازپیش نمایان است. از مهم‌ترین موارد کف‌زایی در محلول آمین می‌توان به حضور ذرات معلق جامد، هیدروکربن‌های مایع، مواد حاصل از تجزیه آمین، پایین بودن دمای آمین و دمای گاز ورودی به برج و هر ماده خارجی که وارد محلول آمین شود از قبیل گریس اشاره کرد. فیلتراسیون در واحد شیرین‌سازی، کاهش گرفتگی در مبدل‌ها و جلوگیری از ورود آلودگی‌های هیدروکربنی به داخل محلول آمین کاهش کف‌زایی را به دنبال دارد اما این اقدامات به‌ اندازه استفاده از ضد کف، برای از بین بردن کف مؤثر نیستند.

کف از حباب‌هایی از جنس مایع که مولکول‌های گاز را در برمی‌گیرد، تشکیل‌شده است. سطوح جداکننده محفظه حباب‌های مجاور به دلیل نازک بودن، هدف مواد ضد کف می‌باشند که عملکرد آن به خواص شیمیایی محلول، عوامل فعال سطحی و شرایط عملیاتی بستگی دارد. ضدکف‌ها به سه دسته‌ روغن‌های غیرقطبی (مواد معدنی و سیلیکون‌ها)، روغن‌های قطبی (الکل‌ها و اسیدهای چرب، آلکیل آمین‌ها، آلکیل آمیدها و …) و ذرات جامد ناسازگار با آب تقسیم کرد.







تمام نیروهای بین‌مولکولی، منشأ الکتریکی دارند که این نیرو به ماهیت الکتریکی تمامی اتم‌ها بستگی دارد. علت اصلی وجود حالت مایع، نیروی جاذبه بین مولکول‌ها بوده که از بارها یا دوقطبی‌های مایع نشأت می‌گیرد. قسمتی از مولکول که بار منفی دارد در مجاور قسمتی از مولکول با بار مثبت قرارگرفته است، به‌این‌ترتیب دوقطبی‌ها قادرند یکدیگر را جذب نمایند.

مولکول آب به دلیل داشتن اتم هیدروژن با یک اوربیتال خالی قادر است با اکسیژن مولکول مجاور که دارای زوج الکترون غیرپیوندی است، پیوند هیدروژنی برقرار کند که این پیوند حتی در نقطه‌ی جوش هم وجود دارد. حتی مولکول‌هایی که دوقطبی نیستند، قادرند یکدیگر را جذب کنند، چون هرکدام مثل یک ‌دوقطبی در حال نوسان عمل می‌کنند. بارهای مثبت در مرکز و بارهای منفی (الکترون‌ها) با سرعت زیاد در حال حرکت باعث ایجاد دوقطبی‌های لحظه‌ای می‌شوند. هر چه عدد اتمی بزرگ‌تر شود تعداد الکترون‌ها و پروتون‌ها بیشتر، درنتیجه دوقطبی‌های لحظه‌ای یا نیروی لاندن بزرگ‌تر می‌شود.

به مجموع نیروهای لاندن و جاذبه‌های دوقطبی، نیروی جاذبه واندروالس، گفته می‌شود. چون نیروی لاندن با توان ششم فاصله بین دو اتم، نسبت عکس دارد، تغییرات اندک فاصله تأثیر زیادی بر روی آن دارد، لذا به این نیروها، نیروی واندروالس دامنه کوتاه گفته می‌شود. این نیرو برای یک دولایه‌ای، با توان دوم فاصله بین دولایه، نسبت عکس دارد و به آن نیروی واندروالس دامنه بلند گفته می‌شود.

کشش سطحی

پارامتر ویژه و مؤثر در پدیده‌های سطحی کشش سطحی آن است. هنگامی‌که دو سیال مثل مایع و گاز در تماس با هم قرار گیرند، لایه نازکی آن دو را از یکدیگر جدا می‌کند که اصطلاحاً آن را سطح مشترک، فاز مشترک یا فاز سطحی (interphase, surfacephase, interface) می‌نامیم، هر لایه خواص متفاوتی نسبت به هر دو فاز توده‌ای از خود نشان می‌دهد. 

بین مولکول‌های هر ماده، جاذبه‌ای وجود دارد که به آن جاذبه بین مولکولی گویند، هر چه مولکول‌ها به هم نزدیک‌تر باشند، جاذبه بین آن‌ها بیشتر است. در جامدات، جاذبه بین مولکول‌ها آنقدر زیاد است که مولکول‌ها نمی‌توانند از نقطه‌ای به نقطه دیگر حرکت کنند، هر چند که در محل خود دارای ارتعاشات و نوسانات هستند. از همین رو است که شکل جامد تغییر نمی‌کند اما در مایعات، جاذبه بین مولکول‌ها اندکی کمتر است و مولکول‌ها می‌توانند حرکت نسبی داشته باشند. همان‌طور که در نشان داده شده است، همه مولکول‌های واقع در توده مایع در همه جهات تحت تأثیر جاذبه یکسانی قرار دارند و برایند نیروهای عمل کننده روی هر مولکول صفر است؛ اما در شکل زیر مولکول‌های واقع در سطح (فصل مشترک مایع و بخار) متفاوت است.

نمایش نیروهای وارد بر مولکول‌های سطح و توده

در دمای ۲۰ درجه سانتی‌گراد فاصله متوسط بین مولکول‌های آب ۳۱/۰ نانومتر و بخارآب ۶/۵ نانومتر است؛ و با توجه به اینکه نیروی جاذبه واندوالس یا توان ششم فاصله نسبت عکس دارد، نیروی جاذبه‌ای که مولکول‌های آب را به سمت هم می‌کشد بسیار بزرگ‌تر از نیروی جاذبه مولکول‌های گاز است (مثلاٌ ۲۰ میلیون بار بزرگ‌تر است)؛ بنابراین مولکول‌هایی که در سطح قرار دارند، تحت تأثیر این نیرو به سمت درون آب کشیده می‌شوند، این نیرو، همان نیروی کشش سطحی است.

با توجه به شکل زیر مولکول‌ها در عمق مایع در تمام جهات، به‌اندازه یکسان توسط مولکول‌های مجاور جذب می‌شوند. برعکس، مولکول‌ها در نزدیکی سطح مایع به‌وسیله مولکول‌های کمتری تحت تأثیر قرار می‌گیرند، پس ترجیحاً به سمت توده سیال کشیده می‌شوند. حرکت یک مولکول از توده مایع به سطح نیازمند انجام کار است؛ بنابراین سطح در تراز انرژی بالاتری نسبت به توده مایع است. لذا هرگونه افزایش در مساحت سطح (آمدن مولکول‌ها به سطح) نیازمند مصرف انرژی است

نمایش نیروهای وارد بر مولکول‌های سطح و توده

کشش سطحی ماده نیرویی است که از مرز دو فاز عمود بر سطح به سمت توده مایع عمل می‌کند و تمایل به منقبض کردن و مینیمم کردن مساحت سطح را دارد. واحد آن در سیستم SI برابر N/m است ولی به علت کوچک شدن اعداد کشش سطحی واحد m N/m رایج‌تر است و در سیستم CGS دارای واحد سانتیمتر بر دین یا سانتیمتر بر ارگ است.

بدون دیدگاه، دیدگاه خود را در زیر اضافه کنید!


افزودن دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *