Savitojo paviršiaus ploto nustatymo metodai. Miltelių savitojo paviršiaus ploto nustatymas Miltelių savitojo paviršiaus ploto nustatymas oro pralaidumo metodu
Kietosios medžiagos atominė struktūra. Kristalinė ląstelė. Kristalinių gardelių rūšys, jų parametrai. Millerio indeksai. Nanodalelės apibrėžimas. Struktūriniai ir elektroniniai magiški skaičiai. Kristalinės struktūros defektai.
Medžiagų dispersijos charakteristikos.
Paskaita Nr.5
Svarbiausia nanomedžiagų savybė yra birios medžiagos miltelių arba grūdelių dalelių dydis. Daugeliu atvejų nanomedžiagos yra polidispersinės sistemos, susidedančios iš įvairaus dydžio grūdelių ar dalelių. Dydžio kitimas labai keičia fizines ir chemines medžiagos savybes. Todėl, be vidutinių verčių, svarbi medžiagos matmenų charakteristika yra granulometrinė sudėtis.
Medžiagos granulometrinė sudėtis yra tam tikro dydžio dalelių arba grūdelių kiekis, palyginti su jų bendru skaičiumi.
Nanomedžiagų matmenų charakteristikos apima: specifinį paviršiaus plotą (nanomiltelių atveju), kuris lemia vidutinį užpildų dydį; vidutinis dalelių arba grūdelių dydis, vidutinis koherentinių sklaidos regionų (CSR) dydis; dalelių, grūdelių dydžio pasiskirstymas (granulometrinė sudėtis), CSR.
Specifinis paviršiaus plotas yra viena iš svarbiausių nanomedžiagos charakteristikų, lemiančių fizikinių ir cheminių procesų aktyvumą, daugybę technologinių savybių, sąveiką su aplinka ir kt. Pavyzdžiui, žinant dydį S mušė būtinas tais atvejais, kai technologiniame procese „dirba“ paviršius, pavyzdžiui, katalizėje.
Specifinis paviršiaus plotas yra plotas, kurį turi 1 gramas (arba kilogramas) medžiagos.
Šis kiekis žymimas kaip S mušė, jo matmuo (m 2 / g) arba (m 2 / kg). Tokių medžiagų kaip ceolitai ir aktyvintosios anglies savitasis paviršiaus plotas gali siekti 400–500 m2/g, o tradicinėms miltelinėms medžiagoms būdingos 0,05–2 m2/g vertės.
Miltelių savitąjį paviršiaus plotą lemia daugybė veiksnių: dispersija, forma, fazinė sudėtis, dalelių paviršiaus būklė ir jų agregacijos laipsnis.
Dalelių skersmens mažėjimas, jei kiti dalykai yra vienodi, didėja S mušė. Sferoidizacija sumažina specifinį paviršiaus plotą, nes rutulys turi minimalų paviršiaus plotą tam tikrai medžiagos dispersijai. Atitinkamai, keičiant dalelių formą, išlaikant jų dydį, padidėja S mušė. Pavyzdžiui, sferinio geležies hidroksido savitasis paviršiaus plotas yra 78 m 2 /g, o adatinės geležies - 121 m 2 /g.
Savo ruožtu vadinamasis paviršiaus vystymasis (1 pav.) gali labai padidinti medžiagos specifinio paviršiaus ploto vertę.
Fazinės sudėties pasikeitimas, pavyzdžiui, oksido plėvelės susidarymas ant metalo nanomiltelių paviršiaus, gali padidėti S mušė nuo 7–8 m2/g iki 50–70 m2/g. Metalizavimas, priešingai, smarkiai sumažina miltelių savitąjį paviršiaus plotą (1 lentelė).
|
TSRS, GOST 3584-53 | |||||||
|
tinklelio numeris |
vielos skersmuo, µm |
apytikslis akių skaičius |
tinklelio numeris |
ląstelės pusės dydis šviesoje, µm |
tinklelio numeris |
ląstelės pusės dydis šviesoje, µm |
|
Skystumo apibrėžimas
Yra glaudus ryšys tarp miltelių charakteristikų, neapdorotų suspaudimų savybių ir gatavų feritų struktūros bei savybių. Miltelių sklandumas apibūdina jo gebėjimą ištekėti iš skylės didesniu ar mažesniu greičiu. Mažas sklandumas lemia nevienodo tankio gaminių gamybą.
Miltelių sklandumas priklauso nuo daugelio veiksnių, pirmiausia nuo dalelių dydžio ir formos, dalelių paviršiaus būklės ir trinties koeficiento. Adsorbuotų drėgmės plėvelių buvimas miltelių dalelių paviršiuje, daugybė mažų frakcijų - visa tai lemia mažą sklandumą.
Skystumas 
išreikštas miltelių masės santykiu 
kol milteliai ištekės 
:
Skystumas apibūdina preso miltelių kokybę. Sklandumui nustatyti naudojami kūginiai 80 mm skersmens piltuvėliai su kūgio kampu 
o snapelis išpjautas stačiu kampu 3 mm atstumu nuo piltuvo kūgio. Kai į jį pilami milteliai, piltuvo išėjimo anga uždaroma sklende, laikas, per kurį išteka tam tikras miltelių kiekis atidarius sklendę, fiksuojamas chronometru.
Tūrinės masės nustatymas
N 
tūrinė masė yra laisvai išpiltų miltelių masė tūrio vienetui. Tūrinis tankis nustatomas naudojant tūrinį matuoklį (2 pav.). Piltuvo apačioje yra 0,2-0,3 mikrono skylės skersmens tinklelis, per kurį rankiniu būdu įtrinami milteliai, pilami ant kampu pasvirusių stiklinių. 
, į formą, padėtą žemyn. Miltelių perteklius pilamas į krūvą, o po to išlyginamas iki formos sienelių lygio.
Tūrinė masė nustatoma pagal formulę:
,
Kur 
- formos masė, g;
- formos masė su milteliais, g;
- formos tūris, 
.
Didėjant dalelių dydžiui, susidaro didesnė trintis tarp dalelių ir mažėja sutankinimas po purtymo. Pagal birų masę galima spręsti apie miltelių sklaidą ir preso miltelių kokybę.
Miltelių savitojo paviršiaus ploto nustatymas oro pralaidumo metodu
Dažniausiai ferito miltelių kokybei įvertinti nustatomas savitasis paviršiaus plotas miltelių masės arba tūrio vienetui. Specifinis paviršiaus plotas priklauso ne tik nuo dalelių dydžio, bet ir nuo jų paviršiaus išsivystymo laipsnio, kurį lemia miltelių gavimo sąlygos. Specifinis paviršiaus plotas yra charakteristika, įtraukta į atskirų feritų rūšių gamybos technines specifikacijas. Specifinis paviršiaus plotas yra netiesioginė miltelių dydžio charakteristika. Yra vidiniai (poros, įtrūkimai) ir išoriniai (geometriniai) paviršiai.
Specifinio paviršiaus ploto matavimas yra greitas metodas miltelių dispersijai įvertinti; tačiau 
dispersiją apibūdina visų medžiagoje esančių frakcijų vidutine verte.
Oro pralaidumo metodas pagrįstas išsklaidytos terpės pasipriešinimo oro (dujų) srautui, kuris yra retesnis arba esant atmosferos slėgiui, matavimu. Yra tam tikras ryšys tarp pasipriešinimo dujų srautui per išsklaidytą terpę ir specifinio paviršiaus ploto (Kozeny-Karman santykis).
Metodai, skirti matuoti specifinį paviršiaus plotą pagal dujų pralaidumą esant atmosferos slėgiui, duoda patenkinamus rezultatus tik stambiems milteliams. Smulkių miltelių atveju šie metodai paprastai duoda neįvertintų rezultatų.
Miltelių savitojo paviršiaus plotas oro pralaidumo metodu nustatomas naudojant PSH-2 arba PSH-4 prietaisus. Specifinis paviršiaus plotas yra susietas su vidutiniu miltelių dalelių skersmeniu tokiu ryšiu:
, (µm)
Kur 
- miltelių tankis, 
;
- specifinis paviršiaus plotas, 
.
Prietaisą sudaro kiuvetė, stūmoklis, manometras, čiaupas, guminė lemputė ir jungiamieji vamzdeliai (3 pav.).
Stiklo dalys montuojamos ant skydelio, pritvirtinto korpuso viduje ir išorėje.
Kiuvetė. Sukurta dėti į ją bandomąją medžiagą. Tai metalinė kamera, tam tikrame aukštyje atskirta disku su išgręžtomis skylėmis. Dalį kameros riboja diskas ir kiuvetės dugnas. Jis yra prijungtas prie skysčio manometro naudojant jungiamąją detalę ir lankstų guminį vamzdelį. Ant išorinio kiuvetės paviršiaus uždedama milimetro skalė.
Stūmoklis. Gamina sutankinimą griovyje. Jis pagamintas cilindro su traukos disku pavidalu, stūmoklio korpuse yra išgręžtas kanalas ir skylė oro srautui. Cilindras pritvirtintas prie kiuvetės, kurios tarpas yra 0,15 mm. Prie traukos disko išpjovos pritvirtintas strypas su kūgiu, kuris, naudojant išoriniame kiuvetės paviršiuje esančią skalę, leidžia išmatuoti tiriamo miltelių sluoksnio storį.
Guminė lemputė. Naudojamas vakuumui sukurti po medžiagos sluoksniu.
Slėgio matuoklis. Skirtas oro slėgiui po bandomosios medžiagos sluoksniu nustatyti ir kartu su chronometru naudojamas medžiagos sluoksnio oro pralaidumui nustatyti. Prietaise yra apie 300 mm ilgio vienos rankos manometras, užpildytas spalvotu vandeniu. Prietaisą sudaro vaistinės svarstyklės, svarmenys ir chronometras.
Analizės atlikimas.
Skaičiavimo procedūra 
.
.
,
Kur 
- įrenginio konstanta; 
- imties dydis, g.
Lentelės: 
Specifinio paviršiaus ploto nustatymo tikslumas 
.
Tikslesnis matavimas 
atliekami adsorbcijos metodais.
GOST 23401-90
(ST SEV 6746-89)
B59 grupė
TSRS SĄJUNGOS VALSTYBINIS STANDARTAS
METALO MILTELIAI
Katalizatoriai ir nešikliai. Specifinio paviršiaus ploto nustatymas
Metalo milteliai. Katalizatoriai ir nešikliai.
Konkrečios srities nustatymas
Įvedimo data 1992-01-01
INFORMACINIAI DUOMENYS
1. KŪRĖ IR ĮVEŽA Ukrainos TSR mokslų akademija
KŪRĖJAI
V.N.Klimenko, V.V.Skorokhod, A.E.Kushchevsky, I.V.Uvarova, L.D.Bernatskaya, T.F.Mozol
2. PATVIRTINTA IR ĮSIgaliojo SSRS Valstybinio gaminių kokybės valdymo ir standartų komiteto 1990 m. gruodžio 27 d. nutarimu N 3376
3. Tikrinimo dažnumas 5 metai
4. Standartas visiškai atitinka ST SEV 6746-89
5. VIETOJ GOST 23401-78
6. NUORODOS REGLAMENTINIAI IR TECHNINIAI DOKUMENTAI
Prekės, skyriaus skaičius |
|
Šis standartas nustato metalo miltelių, katalizatorių ir atramų savitojo paviršiaus ploto nuo 0,05 iki 1000 m/g nustatymo metodą termiškai desorbuojant dujas (azotą arba argoną).
Metodo esmė – iš darbinio dujų mišinio (azoto-helio arba argono-helio) srauto, esant skysto azoto temperatūrai, pirmiausia nustatomas ant tiriamo mėginio paviršiaus iš anksto adsorbuotų dujų tūrį, o po to desorbuojamas nuo tai didėjant temperatūrai ir vėliau apskaičiuojant specifinį mėginio paviršiaus plotą.
1. MĖGINIŲ ĖMIMO METODAS
1. MĖGINIŲ ĖMIMO METODAS
1.1. Mėginys imamas pagal GOST 23148*.
______________
GOST 23148-98
1.2. Bandinio masė nustatoma pagal lentelę.
Mėginio svoris, g, ne mažesnis | Mėginio paviršius, m | Savitasis paviršiaus plotas, m/g |
Nuo 0,5 iki 1,0 įsk. | Nuo 0,05 iki 0,10 įsk. |
|
St. 1,0" 2,0" | St. 0.1 "1.0" |
|
Prieš matavimą mėginys džiovinamas krosnyje iki pastovaus svorio.
2. ĮRANGA
Įrenginiai (1, 2 pav.), skirti specifiniam paviršiaus plotui nustatyti, susideda iš 1 - cilindrų su heliu; 2 - manometrai - pagal GOST 2405* (2 vnt.); 3 - porėti pirminio valymo filtrai (2 vnt.); 4 - dujų maišymo įrenginys; 5 - standartinis manometras 0,1 MPa slėgiui pagal GOST 6521; 6 - Dewar indas pagal NTD su skystu azotu pagal GOST 9293; 7 - spąstai su silikagelio indikatoriumi pagal GOST 8984; 8 - šilumos laidumo detektoriaus lyginamieji ir matavimo elementai; 9 - potenciometras KSP-4, kurio matavimo ribos yra 0-10 mV, o rodyklės judėjimo laikas per visą skalę yra ne daugiau kaip 1 s pagal GOST 7164; 10 - integratorius; 11 - uždarymo vožtuvas (2 vnt.); 12 - srauto matuokliai, skirti fiksuoti dujų srauto greitį nuo 0 iki 55 cm/min (2 vnt.); 13 - dozatoriaus čiaupas; 14 - adsorberiai 6 (1 pav.) ir 12 (2 pav.) vnt.; 15 - termostatas, užtikrinantis temperatūrą iki 400 °C; 16 - balionas su azotu arba argonu A klasės pagal GOST 10157; 17 - aštuonių krypčių vožtuvas.
______________
* Rusijos Federacijos teritorijoje galioja GOST 2405-88. - Duomenų bazės gamintojo pastaba.
Po velnių.1. lygiagrečiai tekančiu dujų mišiniu per detektoriaus elementus
Montavimo schema, skirta specifiniam mėginių paviršiaus plotui nustatyti
lygiagrečiai tekančiu dujų mišiniu per detektoriaus elementus
Po velnių.2. Montavimo schema, skirta nustatyti specifinį mėginių paviršiaus plotą, kai dujų mišinys teka nuosekliai per detektoriaus elementus
Montavimo schema, skirta specifiniam mėginių paviršiaus plotui nustatyti
kai dujų mišinio srautas nuosekliai praeina pro detektoriaus elementus
Adsorberiai su pavyzdžiais sujungiami į A ir B blokus (2 pav.). Kiekvienas blokas, priklausomai nuo reikalingo įrengimo našumo, gali turėti nuo vieno iki šešių adsorberių.
Detektoriaus jautrumas turi būti nuo 0,7·10 iki 0,8·10 mV.
Laboratorinės svarstyklės, kurių svėrimo paklaida ne didesnė kaip 0,0002 g.
Termometras 3-A3 pagal GOST 8624.
Chronometras pagal GOST 5072.
Džiovinimo spinta, užtikrinanti (200±20) °C temperatūrą.
Aneroidinis barometras.
1 cm talpos medicininis injekcinis švirkštas.
Ypatingo grynumo helis pagal norminius ir techninius dokumentus.
3. PASIRENGIMAS KONTROLEI
3.1. Instaliacijos sandarumo patikrinimas
Dujų išleidimo angoje iš įrenginio uždaromas uždarymo vožtuvas 11, todėl sistemoje susidaro 4,10 Pa perteklinis slėgis, matuojamas manometru 5. Jei slėgio kritimas per 20 minučių neviršija 100 Pa, įrenginys laikomas užantspauduotu.
3.2. Darbinio dujų mišinio paruošimas
3.2.1. Kaip darbinis dujų mišinys naudojamas argono-helio arba azoto-helio mišinys su tam tikra adsorbato dujų koncentracija. Išdžiovintas vandenilis gali būti naudojamas kaip nešančiosios dujos.
3.2.2. Adsorbato koncentracija dujų mišinyje reguliuojama nešančiųjų dujų ir adsorbato dujų srautų santykiu. Iš šių srautų greičių santykio apskaičiuojamas dalinis adsorbato dujų slėgis.
Šis dujų mišinio sudarymo metodas leidžia apskaičiuoti visas adsorbcijos ir desorbcijos dujų izotermas ir nustatyti specifinį paviršiaus plotą, naudojant pilną adsorbcijos ir desorbcijos izotermą (metodas S. Brunauer, P. X. Emmett ir BET metodas E. Teller) .
3.2.3. Leidžiama preliminariai sudaryti dujų mišinius balionuose tūrio dalimis:
adsorbuoti nuo 5 iki 10%;
nešančiųjų dujų nuo 90 iki 95%.
Mišinys ruošiamas ant bloko, susidedančio iš dviejų cilindrų su nešančiomis dujomis ir adsorbatu, sujungtų variniu arba žalvariu vamzdžiu, naudojant jungiamąsias veržles su tefloninėmis tarpinėmis ir standartiniu manometru 16 MPa slėgiui.
Prieš pradedant eksploatuoti, balionas su darbiniu dujų mišiniu turi būti laikomas 10 dienų.
Dar kartą ruošdami mišinį, turėtumėte naudoti esamus balionus, kurių liekamasis darbinio dujų mišinio slėgis yra 0,5–0,7 MPa.
Šis darbinio dujų mišinio sudarymo būdas leis nustatyti specifinį paviršiaus plotą viename taške.
3.3. Optimalaus srovės stiprumo pasirinkimas
Norint rasti optimalią detektoriaus srovę, atliekami kontroliniai eksperimentai sujungiant tuščius adsorberius 14. Nustatomas įrenginio prapūtimo darbiniu mišiniu greitis (50±5) cm/min. Praėjus 5 minutėms po valymo, detektoriui įjungiama įtampa, ampermetru nustatant srovę iki 50 mA.
Šilumos laidumo detektoriaus temperatūra ir signalo išvestis stabilizuojami per 30-40 minučių po to, kai prietaisas įjungiamas į tinklą ir dujos praleidžiamos per katarometro elementus. Režimo stabilizavimo procesas stebimas potenciometru.
Potenciometro diagramos juostoje nustačius nulinę liniją, adsorberiai paeiliui panardinami į Dewar kolbas su skystu azotu ir registruojami nulinės linijos svyravimai. Po to, kai įrašymo rašiklis grįžta į pradinę padėtį paskutiniame adsorberyje, Dewar indas pakeičiamas (20±5) °C temperatūros vandens talpa, kad paspartėtų desorbcija. Ši operacija kartojama kiekvienam adsorberiui.
Nukrypimas nuo nulinės linijos, kai adsorberiai panardinami į skystą azotą ir vandenį, registruojamas kas 10-20 mA, keičiant detektoriaus stiprumą nuo 50 iki 100 mA.
Optimali yra maksimali srovės vertė, kuriai esant nulinės linijos svyravimai yra ne didesni kaip 30 % potenciometro skalės.
Detektoriaus jautrumą užtikrina 5 V maitinimo įtampa, kuri jo veikimo metu turi būti pastovi.
3.4. Dozatoriaus čiaupo kalibravimas
Įrenginyje turi būti 0,1 talpos matavimo čiaupų komplektas; 0,5 ir 2,5 cm.
Dozavimo čiaupų kalibravimas leidžiamas bet kokiais žinomais metodais bent kartą per metus. Pageidautinas dozuotų tūrio pajėgumų sertifikavimo metodas yra adsorbcijos-gravitacijos metodas.
Paprasčiausias, bet ne toks tikslus yra chromatografinis impulsų metodas, naudojant medicininį švirkštą. Darbinio dujų mišinio arba nešiklio srautas tikrinant dozavimo čiaupą turi būti (50±1) cm/min. Sušilus ir ant potenciometro juostos nustačius nulinę liniją, medicininiu švirkštu į dujų srautą įpurškiamas adsorbuotų dujų tūris, atitinkantis dozavimo čiaupo kalibruotus tūrius. Besivystančios smailės registruojamos potenciometre ir integratoriuje. Mėginio įpurškimo operacija kartojama 10 kartų.
Tada, naudojant kalibruotą dozavimo čiaupo talpą, įvedamas adsorbato dujų mėginys. Norėdami tai padaryti, įjungus darbinių dujų mišinio ir adsorbato dujų srautus, pasukite dozavimo čiaupą taip, kad dozavimo čiaupoje esančių adsorbato dujų tūris būtų užfiksuotas darbinio dujų mišinio ir tiekiamas į detektorių. Rodmenys registruojami potenciometru ir integratoriumi. Mėginio įvedimo naudojant dozavimo čiaupą operacija kartojama 10 kartų.
Leistini skirtumai tarp lygiagrečių matavimų neturi viršyti 3%.
Kalibruotos dozavimo čiaupų talpos () kubiniais centimetrais, sumažintos iki normalių sąlygų, apskaičiuojamos pagal formulę
kur švirkštu įleisto adsorbuotų dujų mėginio tūris, cm;
Vidutinis besivystančios smailės plotas, užregistruotas integratoriaus, įvedant adsorbato dujų mėginį dozavimo čiaupu, cm;
- barometrinis slėgis, Pa;
- vidutinis besivystančios smailės plotas, užfiksuotas švirkštu įvedant adsorbuotų dujų mėginį, cm;
- kambario oro temperatūra, °C;
- normalus slėgis,
3.5. Adsorbato dujų (azoto arba argono) koncentracijos darbiniame dujų mišinyje nustatymas
Jei nėra dujų maišymo įrenginio, adsorbato dujų koncentracija balionuose su darbiniu dujų mišiniu tikrinama arba pagal iš anksto sukalibruoto katarometro rodmenis naudojant frontalinį metodą. Tokiu atveju balionus su nešančiomis dujomis ir dujų mišiniu turi būti galima savarankiškai prijungti naudojant trijų krypčių vožtuvą prie šilumos laidumo detektoriaus elementų.
Norint atlikti analizę, per šilumos laidumo detektoriaus matavimo ir lyginamąsias kameras praleidžiamas nešančiųjų dujų srautas, kol detektoriaus rodmenys stabilizuosis. Nustačius nulinę liniją, nešančiųjų dujų srautas potenciometro matavimo kameroje pakeičiamas darbinių dujų mišinio srautu. Tokiu atveju įrašymo rašiklis nukryps nuo nulio padėties ir parašys lygiagrečią nuliui liniją.
Adsorbato dujų () tūrio dalis procentais apskaičiuojama pagal formulę
kur yra detektoriaus kalibravimo koeficientas cm, apskaičiuotas pagal formulę
Atstumas tarp priekinės ir nulinės diktofono juostos linijų, cm;
- diagramos juostos greitis, cm/min;
- darbinio dujų mišinio tūrinis greitis, cm/min;
- kalibruotas dozatoriaus čiaupo tūris, cm;
- vidutinis besivystančios smailės plotas, užregistruotas integratoriaus, įvedant adsorbato dujų mėginį dozavimo čiaupu, cm
3.6. Adsorberių paruošimas
Adsorberiai kruopščiai nuplaunami ir džiovinami orkaitėje (200±20) °C temperatūroje. Tada pasverkite su ne didesne kaip 0,0002 g paklaida, įdėkite mėginį ir dar kartą pasverkite, kad nustatytumėte mėginio masę. Adsorberiai parenkami tokios talpos, kad virš mėginio liktų kuo mažiau laisvos vietos dujų mišiniui praeiti. Nustatant specifinius paviršiaus plotus iki 1 m/g, dujų mišinį adsorberiuose rekomenduojama praleisti per miltelių granulių sluoksnį. Kad milteliai nenusineštų, pateikiami medvilniniai tamponai.
3.7. Detektoriaus paruošimas matavimams ir mėginio degazavimas
3.7.1. Detektoriaus paruošimo ir mėginio degazavimo operacijos atliekamos vienu metu.
Detektoriui paruošti darbinis dujų mišinys iš dujų maišymo įrenginio (50±1) cm/min greičiu leidžiamas per gaudytuvą 7 (1, 2 pav.), aušinamas skystu azotu, šešiais adsorberiais į lyginamąjį ir detektoriaus matavimo ląstelės 8.
Praėjus 5 minutėms nuo valymo pradžios, detektoriui įjungiama įtampa, nustatant optimalią srovę arba įtampą. Detktorius 30 minučių kaitinamas darbiniame dujų mišinyje. Likus 15 minučių iki apšilimo pabaigos, įjunkite potenciometrą ir integratorių.
Detektoriaus pasirengimas darbui tikrinamas pagal nulio linijos stabilumą, kuri potenciometro įrašymo rašikliu įrašoma diagramos juostoje.
3.7.2. Mėginių degazavimas atliekamas 40-50 minučių prapūtus adsorberius 14 darbiniu dujų mišiniu. Srauto greitis reguliuojamas srauto matuokliu 12. Po adsorberiais dedamas termostatas 15 ir temperatūra nustatoma atsižvelgiant į miltelių šiluminį stabilumą, bet ne aukštesnė kaip 400 °C. Pasibaigus degazavimui, įrašymo rašiklis pereina prie nulinės linijos ir mėginiai atšaldomi iki (20±5) °C temperatūros.
4. MATAVIMAI
4.1. Adsorberiai po vieną panardinami į Dewar kolbas su skystu azotu, pradedant nuo pirmųjų dujų sraute. Kad būtų išvengta oro nuotėkio per dujų išleidimo liniją, nesant automatinio adsorbentų pakėlimo įtaiso, juos reikia panardinti į skystą azotą tokiu greičiu, kad plėvelė srauto matuoklyje 12 judėtų tik aukštyn. Adsorbcijos metu potenciometro registratoriaus rašiklis nukrypsta nuo nulinės linijos. Adsorberiai laikomi skystame azote, kol potenciometro registratoriaus rašiklis grįžta į nulinę liniją, t.y. kol nusistovi adsorbcijos pusiausvyra (15-30 min. priklausomai nuo adsorbuojančių dujų).
4.2. Paskutinis adsorberis išilgai dujų srauto pašalinamas iš Dewar indo su skystu azotu ir panardinamas į indą su vandeniu. Vandens temperatūra inde turi būti (20±5) °C.
Desorbcijos metu įrašymo rašiklis įrašo desorbcijos smailę ant potenciometro diagramos juostos, o integratoriuje pasirodo skaičiai, proporcingi šios smailės plotui.
Visiems likusiems mėginiams desorbcijos matavimai atliekami nuosekliai.
4.3. Adsorbato dujų mėginys įleidžiamas į sistemą naudojant dozavimo čiaupą. Tuo pačiu metu potenciometro diagramos juostoje užrašomi skaičiai, atitinkantys besivystančios smailės plotą ir rodomi integratoriuje, atsižvelgiant į kalibruotą dozavimo čiaupo talpą (). Skaičiuojant savitąjį paviršiaus plotą, atsižvelgiama į kalibruotą talpą, kurios plotas yra artimesnis plotui, užfiksuotam adsorbuojamų dujų desorbcijos metu nuo išmatuotų miltelių mėginių paviršiaus.
4.4. Norint nustatyti specifinį medžiagos paviršiaus plotą naudojant BET metodą, matavimas pagal 4.1 ir 4.2 punktus turi būti kartojamas esant trims–penkioms skirtingoms adsorbato dujų koncentracijoms darbiniame dujų mišinyje: 3–5; 5-7; 7-10; 10-17; 17-25 proc. Adsorbato dujų koncentracija darbinių dujų mišinyje reguliuojama maišymo įrenginiu pagal adsorbato dujų ir nešančiųjų dujų tūrinių srautų santykį.
Pagal specifinis paviršius(S sp.) uolienų suprantamas kaip bendras visų jos grūdelių paviršius, tenkantis uolienų tūrio vienetui. Specifinis paviršius apibūdina uolienų sklaidos laipsnį. Didėjant sklaidai, didėja specifinis uolienų paviršiaus plotas. Savitasis paviršiaus plotas didėja mažėjant grūdelių skersmeniui ir poringumo koeficientui. Labai sunku eksperimentiškai išmatuoti tikrų rezervuarų specifinį paviršiaus plotą. Kolektoriuose visada yra įvairaus skersmens porų. Specifinis paviršiaus plotas priklauso ir nuo uolienų fazės pralaidumo, ir nuo adsorbcijos gebos. Specifinis paviršiaus plotas apskaičiuojamas naudojant empirinius ryšius, pagal poringumo (m) ir pralaidumo (k pr) reikšmes, pavyzdžiui, naudojant Kozeny formulę:
S mušė = 7·10 5 (m·√m) / (√k ex.) . (1,38)
Jei pralaidumą išreiškiame µm 2, gauname savitąjį paviršiaus plotą m 2 /m 3. Išraiška (1.38) yra vienas iš Kozeny formulės variantų.
1.5 Karbonatų kiekis uolienoje
Pagal karbonato kiekis uolienoje reiškia anglies rūgšties druskų kiekį jame: kalkakmenis - CaCO 3, dolomitas - CaCO 3 MgCO 3, soda - Na 2 CO 3, kalio - K 2 CO 3, sideritą - FeCO 3 ir kt. Bendras karbonatų kiekis yra paprastai vadinamas CaCO 3 , nes kalcio karbonatas yra labiausiai paplitęs uolienose ir sudaro didžiąją dalį išvardytų karbonatų. Karbonatų kiekis produktyviose formavimo uolienose nustatomas laboratorinėmis sąlygomis, naudojant šerdies medžiagą, naudojant gasometrinį metodą (žr. laboratorijos dirbtuvių skyrių). Metodas pagrįstas anglies rūgšties druskų cheminiu skaidymu, veikiant druskos rūgštimi, ir išmatuojant reakcijos metu susidariusio anglies dioksido tūrį:
CaCO 3, +2HCl = CO 2 + CaCO 3 + H 2 O. (1.39)
Remiantis išsiskiriančio CO 2 tūriu, karbonatų masės procentas uolienoje apskaičiuojamas CaCO 3 .
1.6 Mechaninės uolienų savybės
Elastingumas, gniuždymo ir tempimo stipris, plastiškumas yra svarbiausios mechaninės uolienų savybės, turinčios įtakos daugeliui procesų, vykstančių formuojantis telkinių susidarymo ir eksploatavimo metu.
Elastingumas- uolienų savybė atsispirti jų tūrio ir formos pokyčiams, veikiant veikiančioms jėgoms. Visiškai elastingas korpusas, pašalinus įtampą, akimirksniu atkuria pradinę formą. Jei kūnas neatkuria savo pirminės formos arba atkuria ilgą laiką, tada jis vadinamas plastmasinis.
Uolienų elastingumo savybės kartu su formacijos skysčių elastingumu darinyje turi įtakos slėgio persiskirstymo formavimuisi būdui. Slėgis formoje dėl uolienų ir skysčių elastingumo savybių persiskirsto ne akimirksniu, o palaipsniui, pakeitus gręžinio darbo režimą. Uolienų ir skysčių elastingumo savybės formoje sukuria elastinės energijos rezervą, kuris išsiskiria mažėjant slėgiui ir yra vienas iš naftos judėjimo per formaciją į gręžinių dugną šaltinių.
Kai rezervuaro slėgis mažėja, skysčio tūris padidės, o porų erdvės tūris mažės. Manoma, kad pagrindiniai porų tūrio pokyčiai, mažėjant rezervuaro slėgiui, atsiranda dėl rezervuaro suspaudimo sąlygų padidėjimo dėl viršutinių uolienų svorio. Esant tokiam pačiam uolienų stiprumui, trūkimo intensyvumas padidės mažėjant darinio storiui.
Uolienų elastines savybes apibūdina Huko dėsnis:
M·β p (1,40)
čia β c – porėtos terpės tūrinio elastingumo koeficientas;
β p - porų suspaudimo koeficientas;
V o - mėginio tūris;
ΔV poros – porų tūris;
P - slėgis;
m - poringumo koeficientas.
Uolienų poringumo pokytis (m) funkciškai priklauso nuo akytos terpės tūrinio elastingumo (β c) ir minimalaus įtempio (σ o):
m = m o , (1,41)
kur m o – poringumas esant pradiniam efektyviam įtempimui.
Poringos terpės tūrinio elastingumo koeficientas (β c) turės įtakos porų suspaudimo koeficientui (β n) ir uolienų poringumui:
β n = β s / m o . (1,42)
Poringos terpės tūrinio tamprumo koeficiento (β c) reikšmė labai maža. Naftą turinčių uolienų atveju jis svyruoja 0,3–2·10–10 [m 2 /n] intervale.
Gniuždymo ir tempimo stipris uoliena vertinama pagal tūrinį modulį, kuris yra tam tikro kūno atsparumas visapusiškam suspaudimui. Duomenys apie uolienų gniuždymo ir tempimo stiprumą būtini tiriant ardymo procesus.
Be minėtų metodų, leidžiančių nustatyti specifinį uolienų paviršių (pagal jų granuliometrinę sudėtį, poringumą ir pralaidumą), šiam parametrui įvertinti yra naudojami šie metodai: filtravimas, pagrįstas atsparumo tekėjimui per porėtą išretintų sluoksnių kūną matavimu. oras; adsorbcija, taip pat pažymėtų atomų metodas.
Akytosios terpės specifinio paviršiaus ploto nustatymo metodai, pagrįsti Puazilio oro srauto per tiriamąjį objektą režimu [t.y. remiantis tokiomis formulėmis kaip (1.35)], yra taikomos tik apytiksliai stambiagrūdės vienalytės terpės, kurios porų plotis yra daug didesnis už vidutinį laisvą oro molekulių kelią, paviršiaus įvertinimui. Šiuo atveju nebūtina atsižvelgti į dujas, slystančias išilgai porų sienelių. Dujų judėjimą smulkiai išsklaidytoje poringoje terpėje žymiai palengvina molekulių slydimas išilgai porų sienelių, o didelio savitojo paviršiaus ploto terpės atsparumas dujoms pro ją kartais būna žymiai mažesnis lyginant su tie, kurie apskaičiuojami naudojant tokias formules kaip (1.35), kuriose neatsižvelgiama į dujų slydimą išilgai sienų. Todėl šiuo atveju galima naudoti metodą, pagrįstą atsparumo tekėjimui per akytą retinto oro kūną Knudsen režimu, kuris greičiausiai yra difuzinio pobūdžio, matavimu. Knudseno režimas atsiranda, kai didžiausios porų angos tampa mažesnės už laisvą dujų molekulių kelią. Šiuo atveju molekulių susidūrimai tampa reti (palyginti su smūgiais į porų sieneles). Molinio dujų srauto priklausomybė nuo specifinio paviršiaus ploto ir kitų parametrų išreiškiama lygybe;
čia SUD – savitasis bandinio paviršius, m2/m3; Q yra oro kilomolių, tekančių per 1 m2 akytos terpės, kurios storis?x (m) skerspjūvio, esant slėgio skirtumui?p (Pa), skaičius per 1 s; M - santykinė molekulinė masė; oro, kg/kmol; R - universali dujų konstanta, J/ (kmol - laipsnis); T yra eksperimento temperatūra, °C.
Akytųjų kūnų specifiniam paviršiui nustatyti remiantis Knudsen filtravimo režimo matavimo rezultatais, buvo sukurti specialūs instrumentai.
Uolos, sudarančios darinį, užpildytos skysta terpe – vandeniu ir aliejumi. Specifinis paviršiaus plotas (pavyzdžiui, molis ir kai kurios kitos uolienos) gali keistis veikiant vandeninei aplinkai, o „sausieji“ jo matavimo metodai ne visada atitinka faktines uolienų atsiradimo natūraliomis sąlygomis sąlygas.
Akytų terpių specifinis paviršiaus plotas vandeninėje aplinkoje paprastai nustatomas dažų adsorbcijos metodu arba paviršiaus matavimu naudojant radioaktyviuosius žymeklius. Mineralų paviršiaus plotas Syd apskaičiuojamas pagal radioaktyvaus indikatoriaus molekulių skaičių, sugertą porėtoje terpėje, ir pagal plotą, tenkantį tam tikros radioaktyviosios medžiagos atomui kristalo paviršiuje:
čia bm – medžiagos molių (atomų), susietų su 1 g kietosios fazės, skaičius; u – plotas, tenkantis vienam tam tikros medžiagos atomui kristalo paviršiuje (jo reikšmė žinoma daugeliui medžiagų); N yra Avogadro skaičius.
Į tirpalą panardintos medžiagos sugerto radioaktyviojo jono kiekį lemia tirpalo filtrato aktyvumo sumažėjimas dėl žymėto atomo absorbcijos kietojoje fazėje.
Adsorbcijos metodas užima ypatingą vietą tikslumu dėl to, kad porėtos terpės paviršius matuojamas tokiais mažais objektais kaip adsorbuotos medžiagos molekulės, jas išklojančios.
Pov. porėta terpė. Remiantis adsorbuotos medžiagos kiekiu (t. y. jos molekulių skaičiumi) ir plotu, tenkančiu šios medžiagos atomui, apskaičiuojamas specifinis porėtos terpės paviršiaus plotas.
Adsorbcijos metodai, skirti tirti specifinį porėtos terpės paviršiaus plotą, reikalauja sudėtingos įrangos ir aukštos kvalifikacijos atlikėjų. Todėl į laboratoriją. Naftos rezervuaro fizikoje šis uolienų paviršius paprastai vertinamas filtravimo metodais.
Pagal matavimų rezultatus F.I. Kotyakhova specifinė sritis gyslos svyruoja nuo 38 000 iki 113 000 m2/m3.
