Свойства. 
Получение аэрозолей в режиме горения

Важнейшие свойства аэрозолей — способность частиц сохраняться во взвешенном состоянии, перемещаться преим. как единое целое и при столкновении прилипать друг к другу или к к.-л. поверхности с вероятностью, равной единице. В покоящейся среде частицы аэрозолей поддерживаются во взвешенном состоянии в поле гравитации благодаря их собств. тепловому движению, энергия которого для частиц любой массы равна 3/2kT, где k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, и вследствие обмена энергией с молекулами среды. Распределение концентрации частиц по высоте обычно характеризуют параметром (перреновской высотой), гдеускорение силы тяжести, -масса частицы. Для достаточно малых частиц, когда Нр намного превосходит их линейный размер, энергии теплового движения достаточно для поддержания частиц во взвешенном состоянии даже в отсутствие дисперсионной среды. Если же размер частиц сравним с Нр или больше него, то для поддержания частиц во взвешенном состоянии необходима дополнит. энергия, получаемая при соударениях с молекулами среды. Соотношение между двумя этими видами энергии характеризуется числом Шмидта, где-концентрация газовых молекул, -длина их свободного пробега. При Sc 105 имеет значение лишь обмен энергией между частицами и средой. При 107 < Sc < 105 оба вклада соизмеримы. В турбулентной среде частицам аэрозолей присущи две основные формы движения — увлечение дисперсионной средой и смещение относительно нее. Поддержание частиц во взвешенном состоянии определяется их инерционностью и характеризуется т. наз. турбулентным числом Шмидта ScT, равным отношению коэффициентов турбулентной диффузии частиц DpT и молекул соеды DT. Величинаназ. степенью обтекания, -степенью увлечения частиц. Способность частиц аэрозолей сохраняться во взвешенном состоянии без приложения возмущающего воздействия к дисперсионной среде отличает аэрозоли от псевдоожиженного (кипящего) слоя, который также является двухфазной системой с газовой дисперсионной средой.

Частицы аэрозолей могут смещаться относительно среды, гл. обр. под действием внеш. полей, напр. поля силы тяжести, в к-ром частицы оседают, а также сил инерции (если среда движется ускоренно), градиентов т-р и концентраций. Скорость движения частиц определяется внеш. силой и силой сопротивления среды движению частиц. В большинстве случаев эти силы уравновешивают друг друга, и частицы движутся с постоянной скоростью; лишь в средах с сильной турбулентностью и в акустических полях движение ускоренное. Отношение скорости v стационарного движения частицы к действующей на нее силе наз. подвижностью частицы В. В континуальном режиме, гдевязкость среды (ф-ла Стокса). Эта ф-ла позволяет рассчитывать В с точностью до 10% при Кп > 0,1 и Re < 0,6. При больших Re вводят поправочные множители, являющиеся функциями Re. В области 1 < Кп 10 В = (Ai + Q/3) (ф-ла Эпштейна), где Q — др. эмпирич. постоянная. В переходном режиме для расчета В предложен ряд эмпирич. ф-л, из к-рых наиб. распространена ф-ла Милликена:, где bэмпирич. постоянная. Для капель масляного тумана, напр., в ф-ле Эпштейна (А1 + Q) = 1,154, в ф-ле Милликена A1 = 1,246, Q = 0,42, b = 0,87. Значение В определяет коэффициент тепловой диффузии частиц D = kTB, наз. иногда коэффициентом броуновской диффузии.

При наличии в дисперсионной среде градиентов т-ры или концентрации частицы аэрозоля движутся даже при отсутствии внешних сил; соответствующие явления называется термои диффузиофорезом. В свободномолекулярном режиме термофорез аналогичен термодиффузии (см. Диффузия); в континуальном режиме он обусловлен тангенциальной силой, действующей на частицу вследствие возникновения потока газа (термич. скольжения) вблизи неоднородно нагретой поверхности частицы. Частный случай термофореза — фотофорез: движение частиц под действием светового облучения. Этот эффект обусловлен неравномерным нагревом частиц и среды, гл. обр. из-за различной их способности отражать и поглощать свет. Диффузиофорез, обусловленный градиентом концентрации при постоянном полном давлении, происходит, напр., вблизи поверхностей испарения или конденсации.

Частицы аэрозолей размером менее 1 мкм всегда прилипают к твердым поверхностям при столкновении с ними. Столкновение частиц друг с другом при броуновском движении приводит к коагуляции аэрозолей. Для монодисперсных аэрозолей со сферическими частицами скорость коагуляции dn/dt= — Кп2, где n — число частиц в единице объема, Кт. наз. коэффициент броуновской коагуляции. В континуальном режиме К рассчитывают по формуле Смолуховского, в свободномолекулярном — по формуле.

.

где ир-средняя скорость теплового движения аэрозольных частиц, -коэффициент., учитывающий влияние межмолекулярных сил и для различных веществ имеющий значение от 1,5 до 4. Для переходного режима точных формул для вычисления К не существует. Помимо броуновского движения коагуляция аэрозолей может иметь и др. причины. Т наз. градиентная коагуляция обусловлена разностью скоростей частиц в сдвиговом потоке; кинематическая — разл. скоростью движения частиц относительно среды (напр., в поле гравитации); турбулентная и акустическая — тем, что частицы разного размера сближаются и сталкиваются, будучи в разной степени увлечены пульсациями или звуковыми колебаниями среды (последние две причины существенны для инерциальных частиц размером не менее 10−6 мкм). На скорость коагуляции влияет наличие электрический заряда на частицах и внешних электрический поля.

Аэрозольные частицы способны приобретать электрический заряд, если они образуются конденсацией на ионах. Незаряженные частицы могут захватывать газовые ионы, направленно движущиеся к частицам во внеш. поле или диффундирующие в среде. Диспергационные частицы могут приобретать заряд и в процессе образованияпри разбрызгивании жидкостей (баллоэлектрический эффект) или распылении порошков (трибоэлектрический эффект), при освещении (фотоэффект), радиоактивном распаде и т. п. В аэрозолях, образующихся при высокой т-ре, напр. при испарении и послед. конденсации паров, заряды на частицах возникают также в результате термоэлектронной или термоионной эмиссии.

Аэрозоли обладают ярко выраженным рассеянием света, закономерность которого определяется диапазоном значений параметра.

.

где-длина волны излучения. При> 1 сечение светорассеяния возрастает с уменьшением размера частиц. С уменьшением сечение становится пропорциональным. Поэтому высокодисперсные частицы рассеивают видимое, а тем более ИК-излучение слабо. При фиксированном размере частицы сечение светорассеяния убывает пропорционально. При рассеянии света частицами аэрозолей меняется состояние поляризации излучения. Измерения светорассеяния и состояния поляризации рассеянного света используют для определения размеров частиц и распределения по размерам.

В технике образование аэрозолей часто нежелательно, т. к. приводит к загрязнению атмосферы (в т.ч. производственной) и технологических потоков. Кроме того, большую опасность представляют взрывы пылей в сахарном, мукомольном и некоторых др. производствах. Все это вызвало к жизни развитие методов пылеулавливания и туманоулавливания. Вместе с тем хим. промышленность либо непосредственно использует аэрозольное состояние вещества в технологических процессах, либо производит продукты в аэрозольной форме для послед. их использования. Через аэрозольное состояние получают мн. высокодисперсные продукты — наполнители, пигменты, катализаторы, компоненты высокоэнергетических топлив. В аэрозольной форме сжигается все жидкое и значит. часть твердого топлива. Аэрозольные препараты используют в медицине и ветеринарии, для защиты посевов от с.-х. вредителей, обработки складских помещений, предотвращения выпадения града. Широкое применение в быту нашли аэрозольные баллончики — устройства, в которых жидкий препарат или суспензия выдавливается из резервуара и распыляется давлением хладона.

Термин «аэрозоли» был впервые использован англ. химиком Ф. Дж. Доннаном в конце 1-й мировой войны для обозначения облаков, состоящих из частиц мышьяковистых соединений, применявшихся как отравляющие вещества немецкими войсками. [3].