روش های تعیین سطح ویژه تعیین سطح ویژه پودرها تعیین سطح ویژه پودرها با استفاده از روش نفوذپذیری هوا

ساختار اتمی یک جامد. سلول کریستالی. انواع شبکه های کریستالی، پارامترهای آنها. شاخص های میلر تعریف نانو ذره اعداد جادویی ساختاری و الکترونیکی نقص در ساختار کریستالی

ویژگی های پراکندگی مواد.

سخنرانی شماره 5

مهمترین ویژگی نانومواد اندازه ذرات پودر یا دانه های مواد حجیم است. در اکثریت قریب به اتفاق موارد، نانومواد سیستم‌های چند پراکنده هستند که از دانه‌ها یا ذرات با اندازه‌های مختلف تشکیل شده‌اند. تنوع در اندازه، خواص فیزیکی و شیمیایی مواد را به شدت تغییر می دهد. بنابراین، علاوه بر مقادیر متوسط، یک ویژگی ابعادی مهم یک ماده، ترکیب گرانولومتری آن است.

ترکیب گرانولومتری یک ماده عبارت است از محتوای ذرات یا دانه ها در یک محدوده اندازه معین نسبت به تعداد کل آنها.

مشخصات ابعادی نانومواد عبارتند از: مساحت سطح ویژه (برای نانو پودرها) که اندازه متوسط ​​سنگدانه ها را تعیین می کند. متوسط ​​اندازه ذرات یا دانه، اندازه متوسط ​​مناطق پراکندگی منسجم (CSR). توزیع اندازه (ترکیب گرانولومتری) ذرات، دانه ها، CSR.

مساحت سطح ویژه یکی از مهمترین ویژگی های یک نانو ماده است که تعیین کننده فعالیت فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی، بسیاری از خواص تکنولوژیکی، تعامل با محیط و غیره است. به عنوان مثال، دانستن اندازه ضرب Sدر مواردی که این سطح است که در فرآیند فن آوری "کار می کند"، به عنوان مثال در کاتالیز، ضروری است.

سطح ویژه مساحتی است که 1 گرم (یا کیلوگرم) از یک ماده دارد.

این مقدار به عنوان تعیین شده است ضرب S، ابعاد آن (m 2 / g) یا (m 2 / kg). سطح ویژه موادی مانند زئولیت ها و کربن فعال می تواند به مقادیر 400-500 m2/g برسد و مواد پودری سنتی با مقادیر 0.05-2 m2/g مشخص می شوند.

سطح ویژه پودرها توسط عوامل زیادی تعیین می شود: پراکندگی، شکل، ترکیب فاز، وضعیت سطح ذرات و میزان تجمع آنها.

کاهش قطر ذرات، با مساوی بودن سایر چیزها، افزایش می یابد ضرب S. کروی شدن سطح ویژه را کاهش می دهد، زیرا توپ دارای حداقل سطح برای پراکندگی مواد معین است. بر این اساس، تغییر شکل ذرات با حفظ اندازه آنها منجر به افزایش می شود ضرب S. به عنوان مثال، سطح ویژه هیدروکسید آهن کروی 78 متر مربع بر گرم و آهن سوزنی شکل 121 متر مربع بر گرم است.

به نوبه خود، به اصطلاح توسعه سطح (شکل 1) می تواند تا حد زیادی ارزش سطح ویژه مواد را افزایش دهد.

تغییر در ترکیب فاز، به عنوان مثال تشکیل یک لایه اکسید روی سطح نانو پودرهای فلزی، می تواند افزایش یابد. ضرب Sاز 7 تا 8 متر مربع در گرم تا 50 تا 70 متر مربع در گرم. برعکس، متالیزاسیون، سطح ویژه پودرها را به شدت کاهش می دهد (جدول 1).

اتحاد جماهیر شوروی، GOST 3584-53
شماره شبکه		قطر سیم، میکرومتر	عدد مش تقریبی	شماره شبکه	اندازه سمت سلول در نور، میکرومتر	شماره شبکه	اندازه سمت سلول در نور، میکرومتر

تعریف سیالیت

رابطه نزدیکی بین ویژگی‌های پودرها، خواص فشرده‌های خام و ساختار و خواص فریت‌های نهایی وجود دارد. سیال بودن یک پودر توانایی آن برای خروج از سوراخ با سرعت بیشتر یا کمتر را مشخص می کند. سیالیت کم منجر به تولید محصولاتی می شود که از نظر چگالی یکنواخت نیستند.

سیالیت یک پودر به عوامل زیادی بستگی دارد، در درجه اول به اندازه و شکل ذرات، وضعیت سطح ذرات و ضریب اصطکاک. وجود لایه‌های رطوبت جذب شده روی سطح ذرات پودر، محتوای تعداد زیادی بخش کوچک - همه اینها منجر به سیالیت کم می‌شود.

سیالیت با نسبت وزن پودر بیان می شود تا زمانی که پودر بیرون بیاید :

سیالیت کیفیت پودر پرس را مشخص می کند. برای تعیین سیالیت از قیف های مخروطی به قطر 80 میلی متر با زاویه مخروطی استفاده می شود
و یک دهانه با زاویه قائمه به فاصله 3 میلی متر از مخروط قیف بریده می شود. هنگامی که پودر داخل آن ریخته می شود، دهانه خروجی قیف با دمپر بسته می شود؛ زمان خروج مقدار مشخصی از پودر پس از باز کردن دمپر با کرونومتر ثبت می شود.

تعیین جرم حجیم

ن جرم فله جرم در واحد حجم پودر آزادانه ریخته شده است. چگالی ظاهری با استفاده از متر حجمی تعیین می شود (شکل 2). در قسمت پایین قیف یک توری با قطر سوراخ 0.2-0.3 میکرون وجود دارد که از طریق آن پودر به صورت دستی مالیده می شود و روی شیشه های شیب دار با زاویه ریخته می شود.
، در قالبی که به سمت پایین قرار داده شده است. پودر به مقدار زیاد در یک پشته ریخته می شود و سپس تا سطح دیواره های قالب صاف می شود.

جرم حجیم با فرمول تعیین می شود:

,

جایی که - جرم قالب، گرم؛

- جرم قالب با پودر، گرم؛

- حجم قالب
.

با افزایش اندازه ذرات، اصطکاک بیشتری بین ذرات ایجاد می شود و تراکم پس از تکان دادن کاهش می یابد. بر اساس جرم حجیم می توان در مورد پراکندگی پودر و کیفیت پودر پرس قضاوت کرد.

تعیین سطح ویژه پودرها با استفاده از روش نفوذپذیری هوا

اغلب، برای ارزیابی کیفیت پودرهای فریت، سطح ویژه در واحد جرم یا حجم پودر تعیین می شود. سطح ویژه نه تنها به اندازه ذرات، بلکه به درجه توسعه سطح آنها نیز بستگی دارد که با شرایط به دست آوردن پودرها تعیین می شود. سطح ویژه مشخصه ای است که در مشخصات فنی برای تولید گریدهای فردی فریت ها وارد شده است. سطح ویژه مشخصه غیرمستقیم اندازه پودر است. سطوح داخلی (منافذ، ترک) و خارجی (هندسی) وجود دارد.

اندازه‌گیری سطح ویژه روشی برای ارزیابی پراکندگی پودر است؛ با این حال،
پراکندگی را با مقدار متوسط ​​همه کسری های موجود در ماده مشخص می کند.

روش نفوذپذیری هوا بر اساس اندازه گیری مقاومت اعمال شده توسط یک محیط پراکنده در برابر جریان هوا (گاز) است که یا کمیاب یا تحت فشار اتمسفر است. رابطه معینی بین مقاومت در برابر جریان گاز از طریق یک محیط پراکنده و سطح ویژه (رابطه کوزنی-کارمان) وجود دارد.

روش‌های اندازه‌گیری سطح ویژه توسط نفوذپذیری گاز تحت فشار اتمسفر، نتایج رضایت‌بخشی را فقط برای پودرهای درشت ارائه می‌دهد. برای پودرهای ریز، این روش ها معمولاً نتایج دست کم گرفته ای را ارائه می دهند.

تعیین سطح ویژه پودرها با روش نفوذپذیری هوا با استفاده از دستگاه های PSH-2 یا PSH-4 انجام می شود. سطح ویژه با رابطه زیر به قطر متوسط ​​ذرات پودر مربوط می شود:

، (μm)

جایی که - چگالی پودر،
;

- سطح خاص،
.

این دستگاه از یک کووت، یک پیستون، یک فشارسنج، یک شیر آب، یک حباب لاستیکی و لوله های اتصال تشکیل شده است (شکل 3).

قطعات شیشه ای روی یک پانل متصل به داخل و خارج کیس نصب می شوند.

کووت.برای قرار دادن مواد آزمایش شده در آن طراحی شده است. این یک محفظه فلزی است که در ارتفاع معینی توسط یک دیسک با سوراخ هایی در آن تقسیم شده است. بخشی از محفظه توسط دیسک و پایین کووت محدود شده است. با استفاده از اتصالات و لوله لاستیکی انعطاف پذیر به فشار سنج مایع متصل می شود. یک مقیاس میلی متری روی سطح بیرونی کووت اعمال می شود.

پیستون.در گودال تراکم ایجاد می کند. این به شکل یک استوانه با یک دیسک رانش ساخته شده است؛ یک کانال و یک سوراخ برای عبور هوا در بدنه پیستون حفاری شده است. سیلندر به یک کووت با فاصله 0.15 میلی متر نصب می شود. یک نوار با یک مخروط به برش دیسک رانش وصل شده است که با استفاده از مقیاس در سطح بیرونی کووت، به شما امکان می دهد ضخامت لایه پودر مورد مطالعه را اندازه گیری کنید.

لامپ لاستیکی.برای ایجاد خلاء زیر لایه ای از مواد مفید است.

فشار سنج.طراحی شده برای تعیین فشار هوا در زیر لایه ماده مورد آزمایش و در ترکیب با یک کرونومتر، برای تعیین نفوذپذیری هوای لایه مواد استفاده می شود. این دستگاه مجهز به فشار سنج تک بازویی به طول حدود 300 میلی متر است که با آب رنگی پر شده است. این دستگاه شامل ترازو داروخانه، وزنه و کرونومتر می باشد.

انجام تجزیه و تحلیل.

روش محاسبه
.

.

,

جایی که
- ثابت دستگاه؛ - اندازه نمونه، g.

جداول:

دقت تعیین سطح ویژه
.

اندازه گیری دقیق تر
با روش های جذب انجام می شود.

GOST 23401-90
(ST SEV 6746-89)

گروه B59

استاندارد دولتی اتحاد جماهیر شوروی

پودرهای فلزی

کاتالیزورها و حامل ها. تعیین سطح ویژه

پودرهای فلزی کاتالیزورها و حامل ها.
تعیین منطقه خاص

تاریخ معرفی 1992-01-01

داده های اطلاعاتی

1. توسعه و معرفی توسط آکادمی علوم SSR اوکراین

توسعه دهندگان

V.N.Klimenko، V.V.Skorokhod، A.E.Kushchevsky، I.V.Uvarova، L.D.Bernatskaya، T.F.Mozol

2. تصویب و اعمال شده توسط قطعنامه کمیته دولتی اتحاد جماهیر شوروی برای مدیریت کیفیت محصول و استانداردهای مورخ 27 دسامبر 1990 N 3376

3. فرکانس بازرسی 5 سال

4. استاندارد به طور کامل با ST SEV 6746-89 مطابقت دارد

5. به جای GOST 23401-78

6. مرجع اسناد نظارتی و فنی

	تعداد مورد، بخش

این استاندارد روشی را برای تعیین سطح ویژه پودرهای فلزی، کاتالیزورها و حامل ها از 0.05 تا 1000 متر بر گرم با دفع حرارتی گاز (نیتروژن یا آرگون) ایجاد می کند.

ماهیت روش این است که ابتدا حجم گاز پیش‌جذب شده روی سطح نمونه مورد تجزیه و تحلیل را از جریان مخلوط گاز کار (نیتروژن-هلیوم یا آرگون-هلیوم) در دمای نیتروژن مایع تعیین می‌کند و سپس از آن واجذ می‌شود. با افزایش دما و محاسبه بعدی سطح ویژه نمونه.

1. روش نمونه گیری

1. روش نمونه گیری

1.1. نمونه بر اساس GOST 23148* گرفته شده است.
______________
GOST 23148-98

1.2. جرم نمونه مورد آزمایش مطابق با جدول تعیین می شود.

وزن نمونه، گرم، نه کمتر	سطح نمونه، m	سطح ویژه، m/g
	از 0.5 تا 1.0 شامل	از 0.05 تا 0.10 شامل
	St. 1.0" 2.0"	St. 0.1 "1.0"

قبل از اندازه گیری، نمونه در کوره با وزن ثابت خشک می شود.

2. تجهیزات

تاسیسات (شکل 1، 2) برای تعیین سطح ویژه شامل 1 - سیلندر با هلیوم است. 2 - فشار سنج - طبق GOST 2405 * (2 عدد)؛ 3 - فیلترهای پیش تمیز کننده متخلخل (2 عدد)؛ 4 - واحد اختلاط گاز; 5 - فشار سنج استاندارد برای فشار 0.1 مگاپاسکال طبق GOST 6521. 6 - ظرف Dewar طبق NTD با نیتروژن مایع مطابق GOST 9293. 7 - تله با نشانگر ژل سیلیکا مطابق GOST 8984. 8 - سلول های مقایسه ای و اندازه گیری آشکارساز هدایت حرارتی. 9 - پتانسیومتر KSP-4 با محدودیت های اندازه گیری 0-10 میلی ولت و زمان حرکت نشانگر در کل مقیاس حداکثر 1 ثانیه طبق GOST 7164. 10 - یکپارچه ساز; 11 - شیر قطع (2 عدد)؛ 12 - فلومتر طراحی شده برای ثبت سرعت جریان گاز از 0 تا 55 سانتی متر در دقیقه (2 عدد). 13 - شیر تلگراف. 14 - جاذب 6 (شکل 1) و 12 (شکل 2) عدد. 15 - ترموستات، ارائه دمای تا 400 درجه سانتیگراد. 16 - یک سیلندر با نیتروژن یا آرگون درجه A طبق GOST 10157. 17 - شیر هشت طرفه.
______________
* GOST 2405-88 در قلمرو فدراسیون روسیه در حال اجرا است. - یادداشت سازنده پایگاه داده.

لعنتی.1. با جریان موازی مخلوط گاز از طریق سلول های آشکارساز

نمودار نصب برای تعیین سطح ویژه نمونه ها
با جریان موازی مخلوط گاز از طریق سلول های آشکارساز

لعنتی.2. نمودار نصب برای تعیین سطح ویژه نمونه ها با جریان متوالی مخلوط گاز از طریق سلول های آشکارساز

نمودار نصب برای تعیین سطح ویژه نمونه ها
هنگامی که یک جریان مخلوط گاز به طور متوالی از سلول های آشکارساز عبور می کند

جاذب ها با نمونه ها به بلوک های A و B متصل می شوند (شکل 2). هر بلوک بسته به عملکرد مورد نیاز نصب می تواند از یک تا شش جاذب داشته باشد.

حساسیت آشکارساز باید از 0.7·10 تا 0.8·10 mV باشد.

ترازوهای آزمایشگاهی که خطای توزین بیش از 0.0002 گرم را ارائه نمی دهند.

دماسنج 3-A3 طبق GOST 8624.

کرونومتر مطابق GOST 5072.

کابینت خشک کن دمای (20±200) درجه سانتی گراد را فراهم می کند.

فشارسنج آنروید.

سرنگ تزریقی طبی با ظرفیت 1 سانتی متر.

هلیوم با خلوص خاص مطابق با اسناد نظارتی و فنی.

3. آمادگی برای کنترل

3.1. بررسی نصب برای نشتی

در خروجی گاز از تاسیسات، شیر قطع کننده 11 بسته می شود و فشار اضافی 4·10 Pa در سیستم ایجاد می شود که با فشار سنج 5 اندازه گیری می شود. اگر افت فشار بیش از 20 دقیقه از 100 Pa بیشتر نشود، نصب مهر و موم شده محسوب می شود.

3.2. آماده سازی مخلوط گاز کار

3.2.1. یک مخلوط آرگون-هلیوم یا نیتروژن-هلیوم با غلظت معینی از گاز جاذب به عنوان مخلوط گاز در حال کار استفاده می شود. هیدروژن خشک شده را می توان به عنوان گاز حامل استفاده کرد.

3.2.2. غلظت ماده جاذب در مخلوط گاز توسط نسبت جریان گاز حامل و گاز جذب شده کنترل می شود. از نسبت سرعت این جریان ها، فشار جزئی گاز جذب شده محاسبه می شود.

این روش ترکیب گازی امکان محاسبه ایزوترم های جذب و دفع کامل گاز جاذب و تعیین سطح ویژه را با استفاده از ایزوترم های جذب و دفع کامل (روش S. Brunauer، P. X. Emmett و روش BET E. Teller) فراهم می کند. .

3.2.3. اجازه داده شده است که مخلوط های گازی را در سیلندرها در کسر حجمی به طور مقدماتی ترکیب کنید:

جذب از 5 تا 10 درصد؛

گاز حامل از 90 تا 95 درصد.

این مخلوط روی یک بلوک متشکل از دو سیلندر با یک گاز حامل و یک ماده جاذب، که توسط یک لوله مسی یا برنجی با استفاده از مهره های اتحادیه با واشر تفلون و یک فشار سنج استاندارد برای فشار 16 مگاپاسکال به هم متصل شده است، آماده می شود.

سیلندر با مخلوط گاز در حال کار باید قبل از راه اندازی به مدت 10 روز نگهداری شود.

هنگام تهیه مجدد مخلوط، باید از سیلندرهای موجود با فشار باقیمانده مخلوط گاز کار 0.5-0.7 مگاپاسکال استفاده کنید.

این روش از ترکیب یک مخلوط گاز در حال کار، تعیین سطح خاص را در یک نقطه ممکن می کند.

3.3. انتخاب قدرت جریان بهینه

برای یافتن جریان آشکارساز بهینه، آزمایش‌های کنترلی با اتصال جاذب‌های خالی 14 انجام می‌شود. سرعت تصفیه نصب با مخلوط کاری (5±50) سانتی‌متر در دقیقه تنظیم شده است. 5 دقیقه پس از پاکسازی، ولتاژ به آشکارساز اعمال می شود و جریان را با استفاده از آمپرمتر روی 50 میلی آمپر تنظیم می کند.

دما و سیگنال خروجی آشکارساز هدایت حرارتی در عرض 30-40 دقیقه پس از روشن شدن دستگاه به شبکه و عبور گاز از سلول های کاتارومتر تثبیت می شود. فرآیند تثبیت حالت با استفاده از یک پتانسیومتر کنترل می شود.

پس از ایجاد خط صفر بر روی نوار نمودار پتانسیومتر، جاذب ها به صورت متوالی در فلاسک های Dewar با نیتروژن مایع غوطه ور می شوند و نوسانات خط صفر ثبت می شود. پس از بازگشت قلم ضبط به موقعیت اولیه خود در آخرین جاذب، ظرف Dewar با یک ظرف آب در دمای (20±5) درجه سانتیگراد جایگزین می شود تا دفع را تسریع کند. این عمل برای هر جاذب تکرار می شود.

انحراف از خط صفر هنگامی که جاذب ها در نیتروژن مایع غوطه ور می شوند و آب هر 10-20 میلی آمپر ثبت می شود و قدرت آشکارساز را از 50 به 100 میلی آمپر تغییر می دهد.

حداکثر مقدار جریانی که در آن نوسانات خط صفر بیشتر از 30 درصد مقیاس پتانسیومتر نباشد، بهینه است.

حساسیت آشکارساز با ولتاژ تغذیه 5 ولت تضمین می شود که باید در طول کار آن ثابت باشد.

3.4. کالیبراسیون شیر تلگراف

نصب باید دارای مجموعه ای از شیرهای اندازه گیری با ظرفیت 0.1 باشد. 0.5 و 2.5 سانتی متر.

کالیبراسیون شیرهای توزیع با هر روش شناخته شده ای حداقل یک بار در سال مجاز است. روش ارجح برای تایید ظرفیت های حجم دوز، روش جذب-گرانش است.

ساده ترین، اما کمتر دقیق، روش پالس کروماتوگرافی با استفاده از یک سرنگ پزشکی است. سرعت جریان مخلوط گاز یا حامل در هنگام بررسی شیرهای دوز باید (50±1) سانتی متر در دقیقه باشد. پس از گرم شدن و برقراری خط صفر روی نوار پتانسیومتر، حجمی از گاز جاذب مربوط به حجم های مدرج شیر دوز با یک سرنگ طبی به جریان گاز تزریق می شود. پیک های در حال توسعه روی پتانسیومتر و انتگرالگر ثبت می شوند. عملیات تزریق نمونه 10 بار تکرار می شود.

در مرحله بعد، نمونه ای از گاز جذب شده با استفاده از ظرفیت کالیبره شده شیر دوز معرفی می شود. برای انجام این کار، در حالی که جریان های مخلوط گاز در حال کار و گاز جذب کننده روشن است، شیر دوز را بچرخانید تا حجم گاز جذب شده در شیر دوز توسط مخلوط گاز کار گرفته شده و به آشکارساز عرضه شود. قرائت ها با استفاده از پتانسیومتر و انتگرالگر ثبت می شوند. عملیات معرفی نمونه با استفاده از شیر دوز 10 بار تکرار می شود.

تفاوت های مجاز بین اندازه گیری های موازی نباید بیش از 3٪ باشد.

ظرفیت کالیبره شده شیرهای توزیع () در سانتی متر مکعب، کاهش یافته به شرایط عادی، با استفاده از فرمول محاسبه می شود.

حجم نمونه گاز جذب شده توسط سرنگ کجاست، سانتی متر؛

میانگین مساحت پیک در حال توسعه ثبت شده توسط انتگرالگر هنگام معرفی نمونه گاز جذب شده با شیر دوز، سانتی متر؛

- فشار هوا، Pa.

- میانگین مساحت پیک در حال توسعه ثبت شده هنگام معرفی نمونه گاز جذب شده با سرنگ، سانتی متر؛

- دمای هوای اتاق، درجه سانتیگراد؛

- فشار طبیعی،

3.5. تعیین غلظت گاز جذب شده (نیتروژن یا آرگون) در مخلوط گاز در حال کار

در غیاب واحد اختلاط گاز، غلظت گاز جذب شده در سیلندرها با مخلوط گاز در حال کار با توجه به قرائت های یک کاتارومتر از پیش کالیبره شده با استفاده از روش فرونتال بررسی می شود. در این حالت، باید بتوان سیلندرها را با گاز حامل و مخلوط گاز با استفاده از یک شیر سه طرفه به سلول های آشکارساز هدایت حرارتی متصل کرد.

برای انجام آنالیز، جریانی از گاز حامل از سلول های اندازه گیری و مقایسه ای آشکارساز هدایت حرارتی عبور می کند تا زمانی که قرائت آشکارساز تثبیت شود. پس از ایجاد خط صفر، جریان گاز حامل در سلول اندازه گیری پتانسیومتر با جریان مخلوط گاز در حال کار جایگزین می شود. در این حالت، خودکار ضبط با فاصله از موقعیت صفر منحرف می شود و خطی موازی با صفر می نویسد.

کسر حجمی گاز جذب شده () بر حسب درصد با استفاده از فرمول محاسبه می شود

ضریب کالیبراسیون آشکارساز، سانتی متر، با فرمول محاسبه می شود

فاصله بین خطوط جلو و صفر در نوار نمودار ضبط، سانتی متر؛

- سرعت نوار نمودار، سانتی متر در دقیقه.

- سرعت حجمی مخلوط گاز کار، سانتی متر در دقیقه.

- حجم کالیبره شده شیر تلگراف، سانتی متر؛

- میانگین مساحت پیک در حال توسعه ثبت شده توسط انتگرالگر هنگام معرفی نمونه گاز جاذب با شیر دوز، سانتی متر

3.6. تهیه جاذب

جاذب ها کاملاً شسته و در کوره ای با دمای (20±200) درجه سانتی گراد خشک می شوند. سپس با خطای حداکثر 0002/0 گرم وزن کرده، نمونه را بارگیری کرده و مجدد وزن کنید تا جرم نمونه مشخص شود. جاذب ها به گونه ای انتخاب می شوند که حداقل فضای خالی بالای نمونه برای عبور مخلوط گاز وجود داشته باشد. هنگام تعیین سطح ویژه تا 1 متر بر گرم، توصیه می شود مخلوط گاز در جاذب ها از لایه ای از گرانول های پودر عبور داده شود. برای جلوگیری از انتقال پودر، سواب های پنبه ای ارائه می شود.

3.7. آماده سازی آشکارساز برای اندازه گیری و گاز زدایی نمونه

3.7.1. عملیات آماده سازی آشکارساز و گاز زدایی نمونه به طور همزمان انجام می شود.

برای تهیه آشکارساز، مخلوط گاز در حال کار از واحد اختلاط گاز با سرعت (50±1) سانتی متر در دقیقه از تله 7 عبور داده می شود (شکل 1، 2)، خنک شده با نیتروژن مایع، شش جاذب به داخل دستگاه مقایسه ای و سلول های اندازه گیری آشکارساز 8.

5 دقیقه پس از شروع پاکسازی، ولتاژ به آشکارساز اعمال می شود و جریان یا ولتاژ بهینه را تنظیم می کند. آشکارساز در مخلوط گاز کار به مدت 30 دقیقه گرم می شود. 15 دقیقه قبل از پایان گرم کردن، پتانسیومتر و انتگرال را روشن کنید.

آمادگی آشکارساز برای کار با پایداری خط صفر بررسی می شود که با قلم ضبط کننده پتانسیومتر روی نوار نمودار ثبت می شود.

3.7.2. گاز زدایی نمونه ها با پاکسازی جاذب های 14 با مخلوط گاز کار به مدت 40-50 دقیقه انجام می شود. سرعت جریان توسط فلومتر 12 کنترل می شود. یک ترموستات 15 در زیر جاذب ها قرار می گیرد و دما با در نظر گرفتن پایداری حرارتی پودر تنظیم می شود، اما بالاتر از 400 درجه سانتیگراد نیست. در پایان گاززدایی، قلم ضبط به خط صفر رفته و نمونه ها تا دمای (20±5) درجه سانتی گراد خنک می شوند.

4. اندازه گیری ها

4.1. جاذب ها در فلاسک های Dewar با نیتروژن مایع، یکی یکی غوطه ور می شوند و با اولین گاز در طول جریان شروع می شوند. برای جلوگیری از نشت هوا از طریق خط خروجی گاز، در صورت عدم وجود دستگاه خودکار برای بلند کردن جاذب ها، آنها باید با سرعتی در نیتروژن مایع غوطه ور شوند که فیلم در فلومتر 12 فقط به سمت بالا حرکت کند. در هنگام جذب، قلم ضبط کننده پتانسیومتر از خط صفر منحرف می شود. جاذب ها در نیتروژن مایع نگهداری می شوند تا زمانی که قلم ثبت پتانسیومتر به خط صفر برگردد، یعنی. تا زمانی که تعادل جذب برقرار شود (15-30 دقیقه بسته به گاز جاذب).

4.2. آخرین جاذب در طول جریان گاز با نیتروژن مایع از ظرف Dewar خارج می شود و در ظرفی با آب غوطه ور می شود. دمای آب در ظرف باید (20±5) درجه سانتیگراد باشد.

در حین دفع، قلم ضبط یک پیک دفع را روی نوار نمودار پتانسیومتر می نویسد و اعداد متناسب با مساحت این پیک روی انتگرالگر ظاهر می شود.

اندازه گیری های دفع به طور متوالی برای تمام نمونه های باقی مانده انجام می شود.

4.3. نمونه ای از گاز جذب شده با استفاده از شیر دوز وارد سیستم می شود. در همان زمان، اعداد مربوط به مساحت پیک در حال توسعه بر روی نوار نمودار پتانسیومتر نوشته می شود و بسته به ظرفیت کالیبره شده شیر دوز () روی انتگرالگر ظاهر می شود. هنگام محاسبه مساحت سطح خاص، ظرفیت کالیبره شده در نظر گرفته می شود، مساحتی که به منطقه ثبت شده در هنگام دفع گاز جذب شده از سطح نمونه های پودر اندازه گیری شده نزدیک تر است.

4.4. برای تعیین سطح ویژه یک ماده با استفاده از روش BET، اندازه گیری طبق بندهای 4.1 و 4.2 باید در سه تا پنج غلظت مختلف گاز جذب شده در مخلوط گاز کار در محدوده: 3-5 تکرار شود. 5-7; 7-10; 10-17; 17-25٪. غلظت گاز جاذب در مخلوط گاز کار توسط یک واحد اختلاط با توجه به نسبت دبی حجمی گاز جذب شده و گاز حامل کنترل می شود.

زیر سطح خاص(S sp.) سنگ ها به عنوان سطح کل تمام دانه های آن در واحد حجم سنگ درک می شود. سطح خاص درجه پراکندگی سنگ را مشخص می کند. با افزایش پراکندگی، سطح ویژه سنگ افزایش می یابد. سطح ویژه با کاهش قطر دانه و ضریب تخلخل افزایش می یابد. اندازه گیری تجربی سطح ویژه مخازن واقعی بسیار دشوار است. کلکتورها همیشه دارای منافذ با قطرهای مختلف هستند. سطح ویژه هم به نفوذپذیری فاز و هم به ظرفیت جذب سنگ بستگی دارد. مساحت سطح ویژه با استفاده از روابط تجربی، با توجه به مقادیر تخلخل (m) و نفوذپذیری (k pr)، به عنوان مثال، با استفاده از فرمول Kozeny تخمین زده می شود:

ضرب S = 7·10 5 (m·√m) / (√k سابق.) . (1.38)

اگر نفوذپذیری را بر حسب میکرومتر بیان کنیم، سطح ویژه را بر حسب m2/m3 بدست می آوریم. عبارت (1.38) یکی از انواع فرمول Kozeny است.

1.5 محتوای کربنات سنگ

زیر محتوای کربنات سنگبه محتوای نمک های اسید کربنیک در آن اشاره دارد: سنگ آهک - CaCO 3، دولومیت - CaCO 3 MgCO 3، سودا - Na 2 CO 3، پتاس - K 2 CO 3، سیدریت - FeCO 3 و غیره. مقدار کل کربنات ها برابر است با معمولاً به عنوان CaCO 3 نامیده می شود، زیرا کربنات کلسیم بیشتر در سنگ ها پخش می شود و بخش عمده ای از کربنات های ذکر شده را تشکیل می دهد. محتوای کربنات سنگ های سازند مولد در شرایط آزمایشگاهی با استفاده از مواد هسته با استفاده از روش گازسنجی تعیین می شود (به بخش کارگاه آزمایشگاهی مراجعه کنید). این روش بر اساس تجزیه شیمیایی نمک‌های اسید کربنیک با عمل اسید هیدروکلریک و اندازه‌گیری حجم دی اکسید کربن تشکیل شده در نتیجه واکنش است:

CaCO 3، + 2HCl = CO 2 + CaCO 3 + H 2 O. (1.39)

بر اساس حجم CO 2 آزاد شده، درصد وزنی کربنات های سنگ بر حسب CaCO 3 محاسبه می شود.

1.6 خواص مکانیکی سنگ ها

خاصیت ارتجاعی، مقاومت فشاری و کششی، پلاستیسیته مهمترین خواص مکانیکی سنگها هستند که بر تعدادی از فرآیندهای تشکیل شده در طول توسعه و بهره برداری از رسوبات تأثیر می گذارد.

قابلیت ارتجاعی- خاصیت سنگ ها برای مقاومت در برابر تغییرات حجم و شکل آنها تحت تأثیر نیروهای وارده. یک بدنه کاملاً الاستیک بلافاصله پس از برداشتن کشش شکل اولیه خود را بازیابی می کند. اگر بدن شکل اولیه خود را بازیابی نکند یا برای مدت طولانی آن را بازگرداند، آنگاه نامیده می شود پلاستیک.

خواص کشسانی سنگ ها همراه با خاصیت ارتجاعی سیالات سازند، بر نحوه توزیع مجدد فشار در سازند تأثیر می گذارد. فشار موجود در سازند به دلیل خاصیت کشسانی سنگ ها و مایعات، بلافاصله پس از تغییر در حالت کار چاه، به تدریج توزیع نمی شود. خواص کشسانی سنگ ها و مایعات، ذخیره ای از انرژی الاستیک در سازند ایجاد می کند که با کاهش فشار آزاد می شود و به عنوان یکی از منابع حرکت نفت از طریق سازند به کف چاه ها عمل می کند.

با کاهش فشار مخزن، حجم سیال افزایش یافته و حجم منافذ کاهش می یابد. اعتقاد بر این است که تغییرات اصلی در حجم منافذ با کاهش فشار مخزن به دلیل افزایش شرایط فشاری بر روی مخزن به دلیل وزن سنگ های پوشاننده رخ می دهد. با همان استحکام سنگ، با کاهش ضخامت سازند، شدت شکست افزایش خواهد یافت.

خواص کشسانی سنگ ها توسط قانون هوک شرح داده شده است:

M·β p (1.40)

که در آن β c ضریب کشش حجمی محیط متخلخل است.

β p - ضریب تراکم پذیری منافذ.

V o - حجم نمونه.

منافذ ΔV - حجم منافذ؛

P - فشار؛

m - ضریب تخلخل.

تغییر در تخلخل سنگ (m) از نظر عملکردی به کشش حجمی محیط متخلخل (βc) و حداقل تنش (σo) بستگی دارد:

m = m o , (1.41)

که در آن m o تخلخل در تنش موثر اولیه است.

ضریب الاستیسیته حجمی محیط متخلخل (β c) بر ضریب تراکم پذیری منافذ (β n) و تخلخل سنگ ها تأثیر می گذارد:

β n = β s / m o . (1.42)

مقدار ضریب کشش حجمی محیط متخلخل (β c) بسیار کم است. برای سنگهای نفتی در محدوده 0.3 - 2·10 -10 [m2/n] متغیر است.

مقاومت فشاری و کششیسنگ از طریق مدول توده ای ارزیابی می شود، که مقاومتی است که یک جسم معین در برابر فشرده سازی همه جانبه ایجاد می کند. داده های مربوط به مقاومت فشاری و کششی سنگ ها هنگام مطالعه فرآیندهای شکست ضروری است.

علاوه بر روش های ذکر شده برای تعیین سطح ویژه سنگ ها (بر اساس ترکیب گرانولومتری، تخلخل و نفوذپذیری آنها)، روش های زیر نیز برای تخمین این پارامتر وجود دارد: فیلتراسیون، بر اساس اندازه گیری مقاومت در برابر جریان از یک جسم متخلخل نادر. هوا؛ جذب، و همچنین روش اتم های برچسب دار.

روش‌هایی برای تعیین سطح ویژه محیط‌های متخلخل بر اساس استفاده از رژیم پوازوی جریان هوا از طریق موضوع مورد مطالعه [یعنی. بر اساس استفاده از فرمول هایی مانند (1.35)]، فقط برای ارزیابی تقریبی سطح محیط های همگن دانه درشت، که عرض منافذ آن بسیار بیشتر از میانگین مسیر آزاد مولکول های هوا است، قابل استفاده هستند. در این مورد، نیازی به در نظر گرفتن گاز کشویی در امتداد دیواره های منافذ نیست. حرکت گاز در یک محیط متخلخل ریز پراکنده با لغزش مولکول ها در امتداد دیواره منافذ به طور قابل توجهی تسهیل می شود و مقاومت یک محیط با سطح ویژه بالا در برابر عبور گازها از آن گاهی به طور قابل توجهی در مقایسه با آنهایی که با استفاده از فرمول هایی مانند (1.35) محاسبه می شوند، که لغزش گاز در امتداد دیوارها را در نظر نمی گیرند. بنابراین، در این مورد، می توان از روشی مبتنی بر اندازه گیری مقاومت در برابر جریان از طریق بدنه متخلخل از هوای کمیاب در رژیم نادسن استفاده کرد که به احتمال زیاد ماهیت انتشار دارد. رژیم نادسن زمانی اتفاق می‌افتد که حداکثر منافذ کمتر از مسیر آزاد مولکول‌های گاز باشد. در این حالت، برخورد بین مولکول‌ها نادر می‌شود (در مقایسه با ضربه‌های روی دیواره‌های منافذ). وابستگی نرخ جریان گاز مولی به سطح خاص و سایر پارامترها با برابری بیان می شود.

که در آن SUD سطح ویژه نمونه است، m2/m3. Q تعداد کیلو مول هوا است که از 1 متر مربع سطح مقطع یک محیط متخلخل با ضخامت x (بر حسب متر) در 1 ثانیه با اختلاف فشار (به Pa) جریان می یابد. M - وزن مولکولی نسبی؛ هوا، کیلوگرم بر کیلومتر؛ R - ثابت گاز جهانی، J/ (kmol - درجه)؛ T دمای آزمایش، درجه سانتیگراد است.

برای تعیین سطح ویژه اجسام متخلخل بر اساس نتایج اندازه گیری حالت فیلتراسیون نادسن، ابزار خاصی طراحی شده است.

سنگ هایی که سازند را تشکیل می دهند با یک محیط مایع - آب و روغن پر می شوند. سطح خاص (به عنوان مثال، رس و برخی سنگ های دیگر) می تواند تحت تأثیر یک محیط آبی تغییر کند و روش های "خشک" برای اندازه گیری آن همیشه با شرایط واقعی وقوع سنگ ها در شرایط طبیعی مطابقت ندارد.

سطح ویژه محیط متخلخل در یک محیط آبی معمولاً با روش جذب رنگ یا اندازه‌گیری سطح با استفاده از ردیاب‌های رادیواکتیو تعیین می‌شود. مساحت سطح مواد معدنی سید با تعداد مولکول های شاخص رادیواکتیو جذب شده توسط محیط متخلخل و با مساحت هر اتم یک ماده رادیواکتیو معین روی سطح کریستال محاسبه می شود:

که در آن bm تعداد مول (اتم) ماده مرتبط با 1 گرم فاز جامد است. u مساحت هر اتم یک ماده معین روی سطح کریستال است (مقدار آن برای بسیاری از مواد شناخته شده است). N عدد آووگادرو است.

مقدار یون رادیواکتیو جذب شده توسط یک ماده زمانی که در یک محلول غوطه ور می شود با کاهش فعالیت فیلتر محلول به دلیل جذب اتم نشاندار شده توسط فاز جامد تعیین می شود.

روش جذب جایگاه ویژه ای را در دقت به خود اختصاص می دهد زیرا سطح یک محیط متخلخل با اجسام کوچکی مانند مولکول های ماده جذب شده اندازه گیری می شود و آنها را پوشش می دهد.

Pov. محیط متخلخل بر اساس مقدار ماده جذب شده (یعنی تعداد مولکول های آن) و مساحت هر اتم این ماده، سطح ویژه محیط متخلخل محاسبه می شود.

روش‌های جذب برای مطالعه سطح ویژه محیط‌های متخلخل به تجهیزات پیچیده و مجریان بسیار ماهر نیاز دارند. بنابراین، به آزمایشگاه. در فیزیک مخزن نفت، این سطح سنگ معمولاً با روش های فیلتراسیون ارزیابی می شود.

با توجه به نتایج اندازه گیری F.I. منطقه خاص کوتیاخووا هسته ها از 38000 تا 113000 m2/m3 متغیر است.