Для початку ознайомимося з властивостями вуглекислоти детальніше.
Фізичні властивості вуглекислоти
Вуглекислота (СО2, двоокис вуглецю, діоксид вуглецю) - речовина з хімічне формулою СО2 і молекулярною масою 44,011 г / моль, яке може існувати в чотирьох фазових станах - газоподібному, рідкому, твердому і сверхкритическом.
Газоподібний стан СО2 носить загальновживана назва «вуглекислий газ». При атмосферному тиску це безбарвний газ без кольору і запаху, при температурі +20? С щільністю 1,839 кг / м? (В 1,52 рази важчий за повітря), добре розчиняється у воді (0,88 обсягу в 1 об'ємі води), частково взаємодіючи в ній з утворенням вугільної кислоти. Входить до складу атмосфери в середньому 0,035% за об'ємом. При різкому охолодженні за рахунок розширення (детандірованіе) СО2 здатний десубліміроваться - переходити відразу в твердий стан, минаючи рідку фазу.
Газоподібний діоксид вуглецю раніше нерідко зберігали в стаціонарних газгольдерах. В даний час такий спосіб зберігання не застосовується; вуглекислий газ в необхідній кількості отримують безпосередньо на місці - шляхом випаровування рідкої вуглекислоти в газифікаторі. Далі газ можна легко перекачати з будь-якого газопроводу під тиском 2-6 атмосфер.
Рідкий стан СО2 носить технічна назва «рідка вуглекислота» або просто «вуглекислота». Це безбарвна рідина без запаху, середньою щільністю 771 кг / м3, яка існує тільки під тиском 3 482 ... 519 кПа при температурі 0 ... -56,5 ° С ( «низькотемпературна вуглекислота»), або під тиском 3 482 ... 7 383 кПа при температурі 0 ... + 31,0 ° С ( «вуглекислота високого тиску»). Вуглекислоту високого тиску отримують найчастіше шляхом стиснення вуглекислого газу до тиску конденсації, при одночасному охолодженні водою. Низькотемпературну вуглекислоту, що є основною формою діоксиду вуглецю для промислового споживання, найчастіше отримують по циклу високого тиску шляхом трехступенчатого охолодження і дроселювання в спеціальних установках.
При невеликому і середньому споживанні вуглекислоти (високого тиску), т для її зберігання і транспортування використовують різноманітні сталеві балони (від балончиків для побутових сифонів до ємностей місткістю 55 л). Найпоширенішим є 40 л балон з робочим тиск 15 000 кПа, що вміщує 24 кг вуглекислоти. За сталевими балонами не потрібно додатковий догляд, вуглекислота зберігається без втрат протягом тривалого часу. Балони з вуглекислотою високого тиску фарбують в чорний колір.
При значному споживанні, для зберігання і транспортування низькотемпературної рідкої вуглекислоти використовують ізотермічні цистерни найрізноманітнішої місткості, оснащені службовими холодильними установками. Існують накопичувальні (стаціонарні) вертикальні і горизонтальні цистерни місткістю від 3 до 250 т, що транспортуються цистерни місткістю від 3 до 18 т. Цистерни вертикального виконання вимагають будівництва фундаменту і використовуються переважно в умовах обмеженого простору для розміщення. Застосування горизонтальних цистерн дозволяє знизити витрати на фундаменти, особливо при наявності загальної рами з углекислотной станцією. Цистерни складаються з внутрішнього зварного судини, виготовленого з низькотемпературної стали і має пенополиуретановую або вакуумну теплоізоляцію; зовнішнього кожуха із пластику, оцинкованої або нержавіючої сталі; трубопроводів, арматури і приладів контролю. Внутрішня і зовнішня поверхні зварного судини піддаються спеціальній обробці, завдяки чому знижено до ймовірність поверхневої корозії металу. У дорогих імпортних моделях зовнішній герметичний кожух виконаний з алюмінію. Використання цистерн забезпечує заправку і злив рідкої вуглекислоти; зберігання і транспортування без втрат продукту; візуальний контроль маси і робочого тиску при заправці, в процесі зберігання і видачі. Всі типи цистерн оснащені багаторівневою системою безпеки. Запобіжні клапани дозволяють проводити перевірку і ремонт без зупинки і спорожнення цистерни.
При миттєвому зниженні тиску до атмосферного, що відбувається при уприскуванні в спеціальну камеру розширення (дроселювання), рідкий діоксид вуглецю миттєво перетворюється в газ і найтоншу снегообразную масу, яку пресують і отримують діоксид вуглецю в твердому стані, який носить загальновживана назва «сухий лід». При атмосферному тиску це біла склоподібна маса щільністю 1 562 кг / м. з температурою -78,5 ° С, яка на відкритому повітрі сублімується - поступово випаровується, минаючи рідкий стан. Сухий лід може бути також отриманий безпосередньо на установках високого тиску, застосовуваних для отримання низькотемпературної вуглекислоти, з газових сумішей, що містять СО2 в кількості не менше 75-80%. Об'ємна холодопродуктивність сухого льоду майже в 3 рази більше, ніж у водяного льоду, і становить 573,6 кДж / кг.
Твердий діоксид вуглецю зазвичай випускають в брикетах розміром 200? 100? 20-70 мм, в гранулах діаметром 3, 6, 10, 12 і 16 мм, рідко у вигляді найтоншого порошку ( «сухий сніг»). Брикети, гранули та сніг зберігають не більше 1-2 діб в стаціонарних заглиблених сховищах шахтного типу, розбитих на невеликі відсіки; перевозять в спеціальних ізотермічних контейнерах із запобіжним клапаном. Використовуються контейнери різних виробників місткістю від 40 до 300 кг і більше. Втрати на сублімацію складають, в залежності від температури навколишнього повітря 4-6% і більше на добу.
При тиску понад 7,39 кПа і температурі понад 31,6 ° С діоксид вуглецю знаходиться в так званому сверхкритическом стані, при якому його щільність як у рідини, а в'язкість і поверхневий натяг як у газу. Ця незвичайна фізична субстанція (флюїд) є відмінним неполярних розчинником. Надкритичної CO2 здатний повністю або вибірково екстрагувати будь неполярні складові з молекулярної масою менше 2 000 дальтон: терпенові сполуки, воски, пігменти, високомолекулярні насичені і ненасичені жирні кислоти, алкалоїди, жиророзчинні вітаміни і фітостерини. Нерозчинними речовинами для сверхкритического CO2 є целюлоза, крохмаль, органічні та неорганічні полімери з високою молекулярною вагою, цукру, гликозидні речовини, протеїни, метали і солі багатьох металів. Володіючи подібними властивостями, сверхкритический діоксид вуглецю все ширше застосовується в процесах екстракції, фракціонування та імпрегнації органічних і неорганічних речовин. Він є також перспективним робочим тілом для сучасних теплових машин.
Питома вага. Питома вага вуглекислоти залежить від тиску, температури і агрегатного стану, в якому вона знаходиться.
Критична температура вуглекислоти +31 град. Питома вага вуглекислого газу при 0 град і тиску 760 мм рт.ст. дорівнює 1, 9769 кг / м3.
Молекулярний вага вуглекислого газу 44,0. Відносна вага вуглекислого газу в порівнянні з повітрям становить 1,529.
Рідка вуглекислота при температурах вище 0 град. значно легше води, і її можна зберігати тільки під тиском.
Питома вага твердої вуглекислоти залежить від методу її отримання. Рідка вуглекислота при заморожуванні перетворюється в сухий лід, який представляє прозоре. стеклообразное тверде тіло. В цьому випадку тверда вуглекислота має найбільшу щільність (при нормальному тиску в посудині, охлаждаемом до мінус 79 град. Щільність дорівнює 1,56). Промислова тверда вуглекислота має білий колір, по твердості близька до крейди,
її питома вага коливається в залежності від способу отримання в межах 1,3 - 1,6.
Рівняння стану. Зв'язок між обсягом, температурою і тиском вуглекислого газу виражається рівнянням
V = R T / p - A, де
V - об'єм, м3 / кг;
R - газова постійна 848/44 = 19,273;
Т - температура, К град .;
р тиск, кг / м2;
А - додатковий член, що характеризує відхилення від рівняння стану для ідеального газу. Він виражається залежністю А = (0, 0825 + (1,225) 10-7 р) / (Т / 100) 10/3.
Потрійна точка вуглекислоти. Потрійна точка характеризується тиском 5,28 ата (кг / см2) і температурою мінус 56,6 град.
Вуглекислота може перебувати у всіх трьох станах (твердому, рідкому і газоподібному) тільки в потрійній точці. При тисках нижче 5,28 ата (кг / см2) (або при температурі нижче мінус 56,6 град.) Вуглекислота може перебувати тільки в твердому і газоподібному станах.
У парожидкостной області, тобто вище потрійної точки, справедливі наступні співвідношення
i 'x + i' 'у = i,
x + y = 1, де,
x і у - частка речовини в рідкому і пароподібному вигляді;
i '- ентальпія рідини;
i '' - ентальпія пара;
i - ентальпія суміші.
За цим величинам легко визначити величини x і у. Відповідно для області нижче потрійної точки будуть дійсні наступні рівняння:
i '' у + i '' z = i,
у + z = 1, де,
i '' - ентальпія твердої вуглекислоти;
z - частка речовини в твердому стані.
У потрійній точці для трьох фаз є також тільки два рівняння
i 'x + i' 'у + i' '' z = i,
x + у + z = 1.
Знаючи значення i, 'i', 'i' '' для потрійної точки і використовуючи наведені рівняння можна визначити ентальпію суміші для будь-якої точки.
Теплоємність. Теплоємність вуглекислого газу при температурі 20 град. і 1 ата становить
Ср = 0,202 і Сv = 0,156 ккал / кг * град. Показник адіабати k = 1,30.
Теплоємність рідкої вуглекислоти в діапазоні температур від -50 до +20 град. характеризується наступними значеннями, ккал / кг * град.
Град.С -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20
Ср, 0,47 0,49 0,515 0,514 0,517 0,6 0,64 0,68
Точка плавлення. Плавлення твердої вуглекислоти відбувається при температурах і тисках, відповідних потрійний точці (t = -56,6 град. І р = 5,28 ата) або знаходяться вище її.
Нижче потрійний точки тверда вуглекислота сублімує. Температура сублімації є функцією тиску: при нормальному тиску вона дорівнює -78,5 град. в вакуумі вона може бути -100 град. і нижче.
Ентальпія. Ентальпію пара вуглекислоти в широкому діапазоні температур і тисків визначають за рівнянням Планка і Купріянова.
i = 169,34 + (0,1955 + 0,000115t) t - 8,3724 p (1 + 0,007424p) / 0,01T (10/3), де
I - ккал / кг, р - кг / см2, Т - град.К, t - град.С.
Ентальпію рідкої вуглекислоти в будь-якій точці можна легко визначити шляхом вирахування з ентальпії насиченої пари величини прихованої теплоти пароутворення. Так само. віднімаючи приховану теплоту сублімації, можна визначити ентальпію твердої вуглекислоти.
Теплопровідність. Теплопровідність вуглекислого газу при 0 град. становить 0,012 ккал / м * год * град.С, а при температурі -78 град. вона знижується до 0,008 ккал / м * год * град.С.
Дані про теплопровідності вуглекислоти в 10 4 ст. ккал / м * год * град.С при плюсових температурах наведені в таблиці.
Тиск, кг / см2 10 град. 20 град. 30 град. 40 град.
газоподібна вуглекислота
1 130 136 142 148
20 - 147 152 157
40 - 173 174 175
60 - - 228 213
80 - - - 325
рідка вуглекислота
50 848 - - -
60 870 753 - -
70 888 776 - -
80 906 795 670
Теплопровідність твердої вуглекислоти може бути обчислена за формулою:
236,5 / Т1,216 ст. ккал / м * год * град.С.
Коефіцієнт теплового розширення. Об'ємний коефіцієнт розширення а твердої вуглекислоти розраховують залежно від зміни питомої ваги і температури. Лінійний коефіцієнт розширення визначають за виразом b = a / 3. У діапазоні температур від -56 до -80 град. коефіцієнти мають наступні значення: а * 10 * 5ст. = 185,5-117,0, b * 10 * 5 cт. = 61,8-39,0.
В'язкість. В'язкість вуглекислоти 10 * 6ст. в залежності від тиску і температури (кг * с / м2)
Техніка безпеки
За ступенем впливу на організм людини газоподібний діоксид вуглецю відноситься до 4-го класу небезпеки за ГОСТом 12.1.007-76 «Шкідливі речовини. Класифікація і загальні вимоги безпеки ». Гранично допустима концентрація в повітрі робочої зони не встановлена, при оцінці цієї концентрації слід орієнтуватися на нормативи для вугільних і озокеритових шахт, встановлені в межах 0,5%.
При застосуванні сухого льоду, при використанні судин з рідкої низькотемпературної вуглекислотою має забезпечуватися дотримання заходів безпеки, що попереджають обмороження рук і інших ділянок тіла працівника.
Схоже всю інформацію по кислоті зібрав
На жаль вриваються не тільки кислотників, а причина в застарілих ГОСТах, останні не дають застосовувати нові сучасні матеріали
Запрошуйте Ваших друзів і знайомих на НьюГанзу!