Усі назви вуглекислого газу. Вуглекислий газ (діоксид вуглецю)
Рано чи пізно перед кожним серйозним акваріумістом постає питання постачання акваріума СО2. І недарма. Навіщо він потрібний акваріумним рослинам?
Отже, СО2 – що це таке? Всі ми знаємо, що живляться насамперед вуглекислим газом, розчиненим у воді. Це і є СО2. У природі рослини одержують його з водойми, в якій ростуть. Оскільки об'єм води у природних водоймах дуже великий, його концентрація у них зазвичай стала. А ось про акваріуми цього сказати не можна.
Рослини швидко використовують весь газ СО2 з акваріумної води, а саме відновлення його концентрації не відбудеться, тому що акваріум є замкнутою системою. Навіть рибки, що містяться в ньому, не зможуть заповнити недолік СО2, тому що вони видихають настільки мізерну його частку, що її ніколи не вистачить для рослин. А в результаті акваріумні рослини перестають рости.
Крім того, що рослини перестають рости через нестачу СО2, вода, в якій його вміст низький, має підвищену жорсткість (рН), що є згубним для них. Навіть недосвідчені акваріумісти, напевно, помічали, що після додавання рослин водопровідна вода стає жорсткішою, ніж була в порожньому акваріумі. Це тим, що сприяє появі у воді вугільної кислоти, а вона знижує жорсткість. Тобто важливо розуміти: що менше СО2 у воді, то вище її рН.
Як допомогти
Для вирішення питання постачання рослин СО2 є кілька шляхів. Можна встановити спеціальний балон та відповідну апаратуру, а можна й піти іншим шляхом та спробувати зробити все необхідне своїми руками. Багатьом такий спосіб подобається більше. І зрозуміло чому - адже набагато цікавіше та приємніше вирішити проблему самостійно, не вдаючись до допомоги покупного обладнання.
Єдине, на що варто звернути отриманий результат. Не знаючи, як усе працює в акваріумі, не варто лізти туди і щось міняти та переробляти, щоб потім не засмучуватися. Тут важлива не участь, а розуміння того, що ви робите.
В наш час все більше акваріумістів займається розведенням водних рослин і самостійно вирішує проблеми з нестачею вуглекислоти у воді. Якоюсь мірою такі масштаби цілком можуть звести нанівець усі результати боротьби з шкідливими викидамипідприємств та автомобілів, тому що саморобні акваріумні девайси стали необхідними і дуже модними, а їх обсяги часом досить великі. Звичайно, це образне порівняння, але частка правди у цих побоюваннях є.
Отже, газ СО2 – що це таке? Як же розібратися з вуглекислим газом у нашому акваріумі та як виробляти його недорого та в достатніх кількостях? Адже цілком реально самим зробити таку систему і перезаправляти її 5-7 разів на рік.
Що потрібно акваріумним рослинам?
Ще раз згадаємо про те, що є СО2 і для чого він необхідний рослинам в акваріумі. СО2 для акваріума - це корисне рослинам джерело вуглецю, як їжа для людини. Рослини споживають його на світлі, проте в темряві їм не менше потрібний кисень. Це перша проблема, з якою стикаються акваріумісти-початківці.
Якщо про це забувати, то ночами в акваріумі почнуться замори. Навіть якщо очевидної загибелі флори і не буде, то рослини просто перестануть нормально рости, а це зробить безглуздими всі наші старання.
Іншими словами, в акваріумі завжди має бути дифузія (аерація). І кисню має вистачати і на темну половину доби. Зазвичай його багато на початку дня, але рослини, як і риби, що дихають їм, його «вибирають» досить швидко. У такій ситуації СО2 не тільки не зможе допомогти, а й запросто посилить проблему.
Не менш часто трапляється інше. Новачки в акваріумній справі, бачачи, як їх, здавалося б, невибаглива валліснерія або нескладна у догляді річча з гігрофілою зовсім відмовляються рости, починають мудрувати з CO2 і експериментувати з надією на поліпшення. А справа зовсім не в недостатній кількості вуглекислоти чи світла. Ці прості у вмісті рослини чудово живуть і при меншому освітленні і менш насиченою вуглекислотою воді. Виявляється, що просто або рослини були куплені «на межі смерті», або грунт занадто бідний або вода нова, ще не усталена.
Що важливіше – світло, добрива чи СО2?
До успіху, проста: СО2 для акваріума, поживні речовини та світло. І ставитися до неї потрібно не фіктивно, а з усією повагою, тому що всі її складові однаково важливі для життя рослин. Якщо «розігнати» систему у бік однієї з них, без урахування двох інших, то досить швидко і неминуче ви зіткнетеся з проявом закону Лібіха замість того, щоб милуватися сильною та здоровою флорою у своїй штучній водоймі. Це так званий ефект гойдалки. Причому чим сильніше розігнана система, тим більше втручання знадобиться, а тим часом рослини «втомлюються і сумують».
В результаті замість бадьорої зелені в акваріумі поступово все тьмяніє, а потім взагалі частина посадок гине. Або вода почне заповнюватися водоростями, якщо наш "бульйон" рослини не зможуть "переварити".
Чинники, що впливають на склад води в акваріумі
Цікаво, що часто, думаючи про СО2, кисень, світло і поживні речовини, зовсім забувають про температуру. А вона є основним регулятором акваріумного фотосинтезу. Чи не світло і не СО2, як може здатися. Про це добре обізнані ботаніки, але «акваріумні дослідники» про цей факт забувають досить часто.
Регуляторна роль таких хвиль, як інфрачервоні, відбиває саме цю функцію. Можливо, так відбувається через те, що в технологіях виготовлення джерел світла, що застосовуються для акваріумів, згадувати про температуру невигідно. Тому вдають, що вона не важлива.
Без чого може обійтися будь-який акваріум?
Акваріум цілком може обійтися без модних та гламурних надмірностей. І не тільки може, а й благополучно обходиться. Головне, збалансувати в системі знання та отримані шляхом досліджень причинно-наслідкові зв'язки. Якщо система вже у рівновазі, то її більше не треба чіпати! І не варто намагатися полагодити те, що і так справно працює.
І тим не менше, якщо акваріумна ємність занадто густо засаджена рослинами, то навіть при хорошому освітленні їм може настати СО2. Особливо це актуально для слаболужної твердої води. Якщо поєднані і види, які можуть засвоювати тільки не зайнятий вуглекислий газ (це всі види мохів, багато трав, які ростуть тільки в кислій та м'якій воді, лобелії), і еврійонні та стеноіонні види, які здатні видобувати вуглець з карбонатів (а це валліснерія , елодея, ехінодоруси та ін), то концентрація СО2 буде особливо низька.
Вилікувати це зовсім не складно, тому що досить просто заселити в акваріум більше рибок. У тих акваріумах, у яких з екологією все нормально, і при щільному заселенні живністю рослини не відчувають нестачі вуглекислоти навіть за досить потужного світла. Але в будь-якому випадку додаткова доза СО2 буде не зайвою і для такого водоймища.
Ми докладно розглянули роль СО2. Що це таке, тепер напевно зрозуміло. Залишилося навчитися його виготовляти вдома.
Брожний метод постачання акваріуму вуглекислотою
Для збагачення акваріума вуглекислотою найпростіше використовувати звичайну брагу. Однак вона нестабільно тиняється. Спочатку вийде надлишок газу, який випаровуватиметься, створювати парниковий ефект або створить зайву концентрацію СО2 у воді. Потім швидкість його виробництва різко зменшиться.
Недоліки методу із застосуванням браги
Їх лише два:
- Необхідність дуже частих перезарядок (1,5-3 тижні).
- Складність контролю роботи системи протягом доби.
Однак це не означає, що вам недоступна подача СО2 до акваріуму, оскільки ці недоліки легко вирішуються при використанні системи з балоном. Щоправда, вона має досить високу ціну, та й крім покупки її ще необхідно кваліфіковано налаштувати.
Розглянемо один із рецептів використання такої бражки. Її перевага в тому, що бродіння відбувається дуже рівно і довго (3-4 місяці). Звичайно, нічого нового в науці немає, більше газу не вийде з такої ж кількості речовини, зате акваріум отримує необхідний обсяг СО2 рівномірно і повільно. Тим же, кому потрібна велика кількість вуглекислоти, цей рецепт в жодному разі не підійде, їм однозначно потрібен балон СО2. В принципі, жодна брага не підійде для високих стабільних концентрацій. Але вона цілком задовільно справляється із завданням постачання вуглекислоти середньостатистичного акваріума з щільним "населенням", поживним грунтом і гарною освітленістю, якщо в його жорсткій воді сусідять еврійонні та стеноіонні види.
Як зробити систему виробництва СО2 для акваріума своїми руками
Використовуємо поліетиленову ємність об'ємом 1,5 та 2 літри. У кожному конкретному випадку розміри ємностей можуть змінюватись, залежно від обсягу акваріума та кількості необхідної вуглекислоти.
1. Насипаємо в ємності складові: 5-6 столових ложок (з гіркою) цукру, одну ложку соди та 2-3 ложки крохмалю (теж із гіркою).
2. Наливаємо 1,5-2 кружки води, як видно на фото.
3. Надсилаємо все на водяну баню.
Важливо: у каструлі має бути води майже за рівнем рідини у пляшках, інакше склад на дні не стане густим, а зверху залишиться рідким.
4. Варимо до консистенції густого киселю, тобто готовності. Потрібно одержати дуже густу суміш. Якщо перекинути пляшку, вона майже не повинна стікати.
4. Остуджуємо отримані суміші.
Поки пляшки остигають, займаємося виготовленням герметичних та надійних кришок з акуратними кріпленнями для трубок. Адже СО2 - газ, а отже, і герметизація має бути дуже ретельною. Зручно використовувати штуцери для системи гальм ВАЗ (приблизно 12 руб./пара в магазинах автозапчастин). Нам знадобляться два таких штуцери, прокладки та шайби на 8 (близько 40 руб./пара комплектів в ОБІ), а також пара гайок на 8.
Ножем і розігрітим цвяхом потрібно зробити отвір, потім загнати в нього різьбленням донизу штуцер (різьбленням усередину пляшки). Угорі через шайбу, а внизу за схемою: прокладка/шайба/гайка.
Використовувати для герметизації різні клеї немає сенсу, оскільки вони не дадуть необхідного захисту. А ось виготовлена за описаною схемою кришка надійно утримає трубку, при цьому вся система подачі СО2 вийде досить стійкою до маніпуляцій та перезаряджання.
Після того, як пляшки охолонуть, потрібно додати в наш кисіль по чайній ложці дріжджів (можна сухих), перед тим ретельно перемішавши їх у воді. Наприклад, у склянці чи чарці.
Підготовлені таким чином пляшки ставимо на місця, акуратно підключаємо та не торкаємося до них 3-4 місяці. Вуглекислота виділяється рівномірно і повільно, а якщо використовувати слабопроточні реактори типу «дзвін», весь процес буде легко контролюватись візуально. Коли рівень у пляшках опуститься нижче за середину, їх час перезаряджати.
Перезаряджання здійснюється просто. Суміш, що перебродила, знову перетворюється на рідину і виливається, на її місце закладається нова, а ви знову отримуєте СО2 для акваріума. Своїми руками зроблений пристрій на основі пластикових пляшок з легкістю переживе багато таких перезарядок без втрати своїх якостей. Газ при цьому подається цілодобово.
Види реакторів для акваріумів
- «Дзвон»- це виконаний за принципом перевернутої склянки будь-який реактор. Іншими видами реакторів не рекомендується розчиняти брагу, оскільки процес виділення вуглекислоти стане некерованим, а щільність СО2 – нерівномірною.
- Найпростіший реактор подібного типу – це разовий шприцприкріплений до стінки акваріума на присосці. Досить естетично виглядають і перероблені напувалки для птахів, до того ж вони недорогі. Варіантів багато: від пластикової склянки, перевернутої догори дном, до складних конструкцій.
Ефективність будь-якого реактора безпосередньо залежить від "контактної плями" - розміру площі зіткнення води з газом. Лаффарт радить на кожні 100 літрів води (жорсткістю 10 гр.) робити площу розчинення 30 кв. див. Це не так багато - всього 5х6 см.
Отже, існує дилема - виготовляти великий реактор, або невеликий, у якому процес розчинення проходитиме набагато краще, ніж у великому.
Такий ефект можна отримати, якщо направити частину води тонкою трубкою від фільтра під "флейту" для отримання "фонтану" всередині реактора. Якщо організувати таку проточність, наприклад, в реакторі зі шприца (20 куб.), Розчинення поліпшиться в кілька разів, а концентрація СО2 буде рівномірною. А це рівносильно застосуванню реактора типу «дзвін», який має більш громіздкі розміри.
Балонний метод збагачення СО2
Для більших акваріумів оптимальним методом збагачення води вуглекислотою є метод балонної установки. Така система складається з балона та системи для контролю, тобто редуктора, клапана, фітингів, котушки з роз'ємами, пневмодроселя та блоку живлення. Нескладно зібрати подібну установку самостійно, але простіше купити готову в магазині, правда, обійдеться вона в кілька разів дорожче.
Переваги та недоліки балонного методу
Переваги:
- Стабільність виробітку СО2.
- Велика кількість газу, що виробляється.
- Економічність.
- Якщо підключити рН-контролер і газоаналізатор СО2, можна повністю автоматизувати процес.
Недоліки:
- Висока ціна.
- Складність самостійного складання.
- Потрібний балон високого тиску.
На закінчення
Повертаючись до вибору генератора СО2, слід згадати і про інший тип - хімічний. На відміну від генератора, що працює на бразі, хімічний використовує реакції кислоти з карбонатами. Як і спосіб із брагою, такі придатні для невеликих акваріумів – розміром до 100 літрів. Крім всього згаданого в цій статті, є можливість придбати в магазині газоаналізатор СО2 та за його допомогою постійно контролювати стан води у своїй штучній водоймі.
Речовина з хімічною формулою СО2 та молекулярною масою 44,011 г/моль, яке може існувати в чотирьох фазових станах - газоподібному, рідкому, твердому та надкритичному.
Газоподібний стан СО2 має загальновживану назву «вуглекислий газ». При атмосферному тиску це безбарвний газбез кольору та запаху, при температурі +20? З щільністю 1,839 кг/м? (в 1,52 рази важче за повітря), добре розчиняється у воді (0,88 об'єму в 1 об'ємі води), частково взаємодіючи в ній з утворенням вугільної кислоти. Входить до складу атмосфери загалом 0,035% за обсягом. При різкому охолодженні рахунок розширення (детандирование) СО2 здатний десублимироваться - переходити одночасно у тверде стан, минаючи рідку фазу.
Газоподібний діоксид вуглецю раніше нерідко зберігали у стаціонарних газгольдерах. В даний час такий спосіб зберігання не застосовується; вуглекислий газ у необхідній кількості отримують безпосередньо на місці - шляхом випаровування рідкої вуглекислоти в газифікаторі. Далі газ можна легко перекачати будь-яким газопроводом під тиском 2-6 атмосфер.
Рідкий стан СО2 має технічну назву «рідка вуглекислота» або просто «вуглекислота». Це безбарвна рідина без запаху, середньою щільністю 771 кг/м3, яка існує тільки під тиском 3482…519 кПа при температурі 0…-56,5 град.С («низькотемпературна вуглекислота»), або під тиском 3482…7383 кПа при температурі 0…+31,0 град.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 за циклом високого тиску шляхом триступеневого охолодження та дроселювання у спеціальних установках.
При невеликому та середньому споживанні вуглекислоти (високого тиску), для її зберігання та транспортування використовують різноманітні сталеві балони (від балончиків для побутових сифонів до ємностей місткістю 55 л). Найпоширенішим є 40 л балон з робочим тиском 15 000 кПа, що вміщає 24 кг вуглекислоти. За сталевими балонами не потрібно додатковий догляд, вуглекислота зберігається без втрат протягом тривалого часу. Балони з вуглекислотою високого тиску забарвлюють у 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 та горизонтальні цистерни місткістю від 3 до 250 т, цистерни, що транспортуються 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 зменшити витрати на фундаменти, особливо за наявності загальної рами з вуглекислотною станцією. Цистерни складаються з внутрішньої зварної посудини, виготовленої з низькотемпературної сталі та має пінополіуретанову або вакуумну теплоізоляцію; зовнішнього кожуха із пластику, оцинкованої або нержавіючої сталі; трубопроводів, арматури та приладів контролю. Внутрішня та зовнішня поверхні зварної судини піддаються спеціальної обробкизавдяки чому знижена ймовірність поверхневої корозії металу. У дорогих імпортних моделях герметичний зовнішній кожух виконаний з алюмінію. Використання цистерн забезпечує заправку та злив рідкої вуглекислоти; зберігання та транспортування без втрат продукту; візуальний контроль маси та робочого тиску при заправці, в процесі зберігання та видачі. Усі типи цистерн оснащені багаторівневою системою безпеки. Запобіжні клапани дозволяють проводити перевірку та ремонт без зупинки та спорожнення цистерни.
При миттєвому зниженні тиску до атмосферного, що відбувається при впорскуванні в спеціальну розширювальну камеру (дроселювання), рідкий діоксид вуглецю миттєво перетворюється на газ і найтоншу снігоподібну масу, яку пресують і отримують діоксид вуглецю в твердому стані, який носить загальновживаний. При атмосферному тиску це біла склоподібна маса щільністю 1562 кг/м², з температурою -78,5 °С, яка на відкритому повітрісублімується - поступово випаровується, минаючи рідкий стан. Сухий лід може бути 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 більша, ніж у водяного льоду, і становить 573,6 кДж/кг.
Твердий діоксид вуглецю зазвичай випускають у брикетах розміром 200×100×20-70 мм, у гранулах діаметром 3, 6, 10, 12 та 16 мм, рідко у вигляді найтоншого порошку («сухий сніг»). Брикети, гранули та сніг зберігають не більше 1-2 діб у стаціонарних заглиблених сховищах шахтного типу, розбитих на невеликі відсіки; перевозять у спеціальних ізотермічних контейнерах із запобіжним клапаном. Використовуються контейнери різних виробників місткістю від 40 до 300 кг та більше. Втрати на сублімацію становлять залежно від температури навколишнього повітря 4-6% і більше на добу.
При тиску понад 7,39 кПа та температурі більше 31,6 град.С діоксид вуглецю знаходиться в так званому надкритичному стані, при якому його щільність як у рідини, а в'язкість та поверхневий натяг як у газу. Ця незвичайна фізична субстанція (флюїд) є чудовим неполярним розчинником. Надкритичний CO2 здатний повністю або вибірково екстрагувати будь-які неполярні складові з молекулярною масою менше 2 000 дальтонів: терпенові сполуки, воски, пігменти, високомолекулярні насичені та ненасичені жирні кислоти, алкалоїди, жиророзчинні вітаміни та фітостерини. Нерозчинними речовинами для надкритичного CO2 є целюлоза, крохмаль, органічні та неорганічні полімери з високою молекулярною вагою, цукру, глікозидні речовини, протеїни, метали та солі багатьох металів. Маючи подібні властивості, надкритичний діоксид вуглецю все ширше застосовується в процесах екстракції, фракціонування та імпрегнації органічних і неорганічних речовин. Він також є перспективним робочим тілом для сучасних теплових машин.
- Питома вага. Питома вага вуглекислоти залежить від тиску, температури та агрегатного стану, в якому вона знаходиться.
- Критична температура вуглекислоти +31 град. Питома вага вуглекислого газу за 0 град і тиску 760 мм рт.ст. дорівнює 1, 9769 кг/м3.
- Молекулярна вага вуглекислого газу 44,0. Відносна вага вуглекислого газу, порівняно з повітрям, становить 1,529.
- Рідка вуглекислота при температурі вище 0 град. значно легше води, і її можна зберігати лише під тиском.
- Питома вага твердої вуглекислоти залежить від її отримання. Рідка вуглекислота при заморожуванні перетворюється на сухий лід, що представляє прозоре, склоподібне тверде тіло. У цьому випадку тверда вуглекислота має найбільшу густину (при нормальному тиску в посудині, що охолоджується до мінус 79 град., Щільність дорівнює 1,56). Промислова тверда вуглекислота має білий колір, за твердістю близька до крейди,
- її питома вага коливається в залежності від способу одержання в межах 1,3 - 1,6.
- Рівняння стану.Зв'язок між об'ємом, температурою та 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 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) та температурою мінус 56,6 град.
- Вуглекислота може перебувати у всіх трьох станах (твердому, рідкому та газоподібному) тільки в потрійній точці. При тисках нижче 5,28 ата (кг/см2) (або при температурі нижче мінус 56,6 град.) вуглекислота може бути тільки у твердому та газоподібному станах.
- У пародіжкісної області, тобто. вище потрійної точки, справедливі наступні співвідношення
- i" x + i"" у = i,
- x + у = 1, де,
- x і у - частка речовини в рідкому та пароподібному вигляді;
- i" - ентальпія рідини;
- i"" - ентальпія пари;
- i – ентальпія суміші.
- За цими величинами легко визначити величини x і у. Відповідно для області нижче за потрійну точку будуть дійсні наступні рівняння:
- i"" у + i"" z = i,
- у + z = 1, де,
- i"" - ентальпія твердої вуглекислоти;
- z - частка речовини у твердому стані.
- У потрійній точці для трьох фаз є також лише два рівняння
- i" x + i"" у + i""" z = i,
- x + y + z = 1.
- Знаючи значення i, "i", "i""" для потрійної точки та використовуючи наведені рівняння можна визначити ентальпію суміші для будь-якої точки.
- Теплоємність.Теплоємність вуглекислого газу за температури 20 град. та 1 ата становить
- Ср = 0,202 і Сv = 0,156 ккал/кг*град. Показник адіабати k = 1,30.
- Теплоємність рідкої вуглекислоти у 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, що відповідають потрійній точці (t = -56,6 град. і р = 5,28 ата) або що знаходяться вище її.
- Нижче потрійної точки сублімує тверда вуглекислота. Температура сублімації є функцією тиску: при нормальному тиску вона дорівнює -78,5 град., У вакуумі вона може бути -100 град. та нижче.
- Ентальпія.Ентальпію пари вуглекислоти в широкому діапазоні температур і тисків визначають за рівнянням Планка та 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 віднімання з ентальпії насиченої пари величини прихованої теплоти пароутворення. Так само, віднімаючи приховану теплоту сублімації, можна визначити ентальпію твердої вуглекислоти.
- Теплопровідність. Теплопровідність вуглекислого газу за 0 град. становить 0,012 ккал/м*годину*град.С, а при температурі -78 град. вона знижується до 0,008 ккал/м*год*град.С.
- Дані про теплопровідність вуглекислоти в 104 ст. ккал/м*час*град.С при плюсових температурах наведено у 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 такою формулою:
236,5 / Т1, 216 ст., Ккал / м * год * град.С.
- Коефіцієнт теплового розширення.Об'ємний коефіцієнт розширення твердої вуглекислоти розраховують в залежності 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 такі значення: а * 10 * 5ст. = 185,5-117,0, b * 10 * 5 ст. = 61,8-39,0.
- В'язкість.В'язкість вуглекислоти 10*6ст. залежно від тиску та температури (кг*сек/м2)
- Тиск, ата -15 град. 0 град. 20 град. 40 град.
- 5 1,38 1,42 1,49 1,60
- 30 12,04 1,63 1,61 1,72
- 75 13,13 12,01 8,32 2,30
- Діелектрична стала.Діелектрична стала рідкої вуглекислоти при 50 - 125 ати, знаходиться в межах 1,6016 - 1,6425.
- Діелектрична стала вуглекислого газу при 15 град. і тиск 9,4 - 39 ати 1,009 - 1,060.
- Вміст вмісту вуглекислого газу.Вміст водяної пари у вологому вуглекислому газі визначають за допомогою рівняння,
- Х = 18/44 * p'/p - p' = 0,41 p'/p - p' кг/кг, де
- p' - парціальний тиск водяної пари при 100% насиченні;
- р - загальний тиск парогазової суміші.
- Розчинність вуглекислоти у воді.Розчинність газів вимірюється обсягами газу, наведеними до нормальних умов (0 град, С та 760 мм рт. ст.) на об'єм розчинника.
- Розчинність вуглекислоти у воді при помірних температурах і тисках до 4 - 5 ати підпорядковується закону Генрі, який виражається рівнянням
- Р = Н Х, де
- Р – парціальний тиск газу над рідиною;
- Х – кількість газу в молях;
- Н – коефіцієнт Генрі.
- Рідка вуглекислота як розчинник.Розчинність мастила в рідкій вуглекислоті при температурі -20град. до +25 град. становить 0,388 г в100 СО2,
- і збільшується до 0,718 г 100 г СО2 при температурі +25 град. З.
- Розчинність води у рідкій вуглекислоті в діапазоні температур від -5,8 до +22,9 град. становить трохи більше 0,05% за вагою.
Техніка безпеки
За ступенем впливу на організм людини газоподібний діоксид вуглецю відноситься до 4-го класу небезпеки за ГОСТ 12.1.007-76 «Шкідливі речовини. Класифікація та Загальні вимогибезпеки». Гранично допустима концентрація у повітрі робочої зони не встановлена, при оцінці цієї концентрації слід орієнтуватися на нормативи для вугільних та озокеритових шахт, встановлені в межах 0,5%.
При застосуванні сухого льоду, при використанні судин з рідкою низькотемпературною вуглекислотою повинно забезпечуватися дотримання заходів безпеки, що запобігають обмороженню рук та інших ділянок тіла працівника.
Ви вже знаєте, що при видиху з легенів виходить вуглекислий газ. А ось що вам відомо про цю речовину? Напевно, небагато. Сьогодні я відповім на всі питання щодо вуглекислого газу.
Визначення
Ця речовина у нормальних умовах є безбарвним газом. У багатьох джерелах його можуть називати по-різному: і оксидом вуглецю (IV), і вугільним ангідридом, двоокисом вуглецю, і діоксидом вуглецю.
Властивості
Вуглекислий газ (формула 2) є безбарвним газом, що має кислі запах і смак, розчинним у воді речовиною. Якщо його добре охолодити, то утворюється снігоподібна маса, звана сухим льодом (фотографія нижче), яка сублімує при температурі -78 про С.
Є одним із продуктів гниття або горіння будь-якої органічної речовини. Розчиняється у воді тільки при температурі 15 про З і тільки в тому випадку, якщо відношення вода:вуглекислий газ дорівнює 1:1. Щільність вуглекислого газу може бути різною, але в стандартних умовах вона дорівнює 1976 кг/м 3 . Це якщо він знаходиться в газоподібному вигляді, а в інших станах (рідкому/газоподібному) значення щільності теж будуть іншими. Ця речовина є кислотним оксидом, його додавання у воду призводить до одержання вугільної кислоти. Якщо з'єднати вуглекислий газ з будь-яким лугом, то в результаті подальшої реакції утворюються карбонати та гідрокарбонати. Цей оксид не може підтримувати горіння, крім деяких винятків. Це активні метали, і за реакції такого виду вони забирають у нього кисень.
Отримання
Вуглекислий та ще деякі гази у великих кількостях виділяються, коли виробляють алкоголь або розкладаються природні карбонати. Потім одержані гази проходять промивання розчиненим карбонатом калію. Далі слідує поглинання ними вуглекислого газу, продуктом даної реакції є гідрокарбонат, при нагріванні розчину якого отримують оксид, що шукається.
Але зараз його з успіхом замінює розчинений водою етаноламін, який абсорбує оксид вуглецю, що міститься в димовому газі, і віддає його при нагріванні. Також цей газ є побічним продуктом реакцій, при яких отримують чисті азот, кисень і аргон. У лабораторії трохи вуглекислоти виходить, коли карбонати та гідрокарбонати взаємодіють із кислотами. Ще вона утворюється, коли реагують харчова сода та лимонний сік або той же гідрокарбонат натрію та оцет (фото).
Застосування
Харчова промисловість не може обійтися без використання вуглекислоти, де вона відома як консервант і розпушувач, що має код E290. Її як рідини містить будь-який вогнегасник.
Також оксид чотиривалентного вуглецю, який виділяється в процесі бродіння, служить гарним підживленням акваріумних рослин. Він міститься і в усьому відомому газованому газуванні, яке багато хто досить часто купують у продуктовому магазині. Зварювання дротом відбувається у вуглекислому середовищі, але якщо температура даного процесудуже висока, він супроводжується дисоціацією вуглекислоти, коли він виділяється кисень, окисляющий метал. Тоді зварювання не обходиться без розкислювачів (марганцю чи кремнію). Вуглекислим газом накачують велосипедні колеса, він присутній і в балончиках пневматичної зброї (такий його різновид називається газобалонним). Також даний оксид у твердому стані, званий сухим льодом, потрібен як холодоагент у торгівлі, наукових дослідженняхі при ремонті деякої техніки.
ВисновокОсь до чого корисний для людини вуглекислий газ. І не тільки в промисловості, він грає і важливу біологічну роль: без нього не може відбуватися газообмін, регуляція судинного тонусу, фотосинтез та багато інших. природні процеси. Але його надлишок або недостача в повітрі деякий час можуть негативно впливати на фізичний станвсіх живих організмів.
Занепад сил, слабкість, хвора голова, депресія – знайомий такий стан? Найчастіше так буває восени та взимку, а погане самопочуття списують на нестачу сонячного світла. Але справа не в ньому, а в надмірному вмісті вуглекислого газу в повітрі, яким ви дихаєте. Ситуація з рівнем СО₂ у житлових приміщеннях та транспорті в нашій країні справді катастрофічна. Духота, підвищена вологість та пліснява також є наслідком відсутньої вентиляції. Герметичні пластикові вікна та кондиціонери лише посилюють ситуацію. А ви знаєте, що при дворазовому перевищенні (щодо вуличного фону) рівня вуглекислого газу в повітрі мозкова активність знижується вдвічі? До речі, саме студенти, які позіхають на лекціях, є показником підвищеного змісту CO₂ в аудиторії. А часто вентиляція відсутня і в офісних будівлях. Про яку продуктивність може бути мова, якщо в людини просто не працюють мізки?
Отже, почнемо з основ. Людині при диханні поглинає кисень, а виділяє вуглекислий газ. Також вуглекислий газ виділяється при спалюванні вуглеводнів. Середній рівень СО₂ на нашій планеті зараз становить близько 400 PPM (Parts per million – частин на мільйон, або 0,04%) і постійно зростає внаслідок постійного зростання споживання нафтопродуктів. При цьому варто знати, що дерева поглинають вуглекислий газ і саме в цьому полягає їхня головна функція (а не як помилково вважають, що вони лише виробляють кисень).
Поки людина знаходиться на відкритому повітрі – проблем немає, але вони починаються коли вона опиняється у приміщенні. Якщо людину замкнути в герметичній кімнаті без припливу свіжого повітря, то вона помре не від нестачі кисню, як помилково вважає більшість, а від багаторазового перевищення рівня вуглекислого газу, який ця людина сама й виробила у легенях. Відставимо проблеми вентиляції громадського транспорту (про це я напишу окремо) та звернемо нашу увагу на міські квартири/заміські будинки, де масово відсутня вентиляція.
При цьому людина проводить у своєму будинку/квартирі мінімум третину свого життя, а насправді половину - не можна економити на своєму власному здоров'ї!
2. Проблема підвищеного вмісту CO₂ у повітрі особливо актуальна в холодну пору року, оскільки влітку практично у всіх постійно відкриті кватирки. А з настанням холодів кватирки відкривають все рідше і рідше, зводячи зрештою до епізодичного провітрювання. І, який збіг, саме в холодну пору року з'являється депресія, сонливість та занепад сил.
3. Раніше була навіть така традиція - заклеювати щілини на вікнах перед холодами. Часто разом із кватирками і повністю виключали надходження свіжого повітря до будинку. Я ще раз акцентую увагу, що свіже повітря потрібне не тому, що в ньому є необхідний для дихання кисень, а для того, щоб шляхом заміщення повітря в приміщенні знизити надлишковий вміст вуглекислого газу.
4. Багато хто думає, що у них є витяжка (у квартирах як мінімум на кухні і в санвузлі), ось через неї і буде вентилюватися приміщення. Ага, також встановивши пластикові вікна, які повністю герметичні. Але як повітря піде у витяжку якщо у вас немає припливу у вигляді щілин у рамах, або відкритого вікна? А при добрій тязі зазвичай тягне повітря з під'їзду.
5. Найгірше поставити кондиціонер у вигляді спліт-системи та користуватися ним при закритих вікнах. Запам'ятайте, під час роботи кондиціонера НЕ МОЖНА закривати вікна! Ось сучасний герметичний заміський будинок, який не має щілин в огороджувальних конструкціях. І не треба вестися на розповіді про те, що дерево чи газобетон "дихають" і отже можна наплювати на вентиляцію. Запам'ятайте, що під цим терміном мається на увазі висока паропроникність матеріалу, а не здатність подавати в будинок свіже вуличне повітря.
6. Більшість обмежується вентилятором на витяжці із санвузла та кухні. Окей, увімкнули вентилятор, у будинку зачинені всі вікна та двері. Яким буде результат? Правильно, в будинку буде розрідження, адже новому повітрі нема звідки взятися. Щоб природна вентиляція працювала, до будинку має надходити свіже повітря.
7. Для вимірювання рівня вуглекислого газу в повітрі зараз з'явилися відносно доступні датчики з NDIR-сенсором. Недисперсійний інфрачервоний метод (NDIR) заснований на зміні інтенсивності інфрачервоного випромінювання до і після поглинання в інфрачервоному детекторі з вибірковою чутливістю. Спочатку я збирався купити такий датчик на aliexpress минулого року (тоді він коштував приблизно 100 доларів), але ціна, що виросла внаслідок зростання курсу долара, змусила задуматися і пошукати альтернативні варіанти. Несподівано цей датчик знайшовся в Росії під російським брендом за ті ж 100 доларів за минулорічний курс. На Яндекс.Маркеті я знайшов найвигіднішу пропозицію і придбав датчик за ціною 3500 рублів. Модель називається MT8057. Зрозуміло, датчик має похибку, але вона не важлива, коли мова йдепро те, що нам важливі вимірювання з перевищенням концентрації вуглекислого газу в кілька разів вищі за норму.
8. Закриті пластикові вікна, кондиціонери - все це нісенітниця в порівнянні з газовою плитою в квартирі (для фото я запалив газовий пальник, тому що для зйомки плити його треба було помити).
9. Отже, вся увага на графік. Кухня 9 квадратних метрів, стелі заввишки 3 метри, відкриті дверіна кухню (!), закрите вікно, є витяжка з природним спонуканням (літом слабка тяга), одна людина. Датчик стоїть на висоті 1 метр від підлоги на обідньому столі. "Нормальний" рівень СО₂ у приміщенні без людей близько 600 PPM. Приходить одна людина – рівень СО₂ миттєво підвищується. Іде – падає. Приходить знову – знову підвищується. І після цього включає одну (!) газову конфорку. Рівень ЗІ практично моментально піднімається вище 2000 PPM. Тривога! Відкриваємо кватирку. Спостерігаємо як повільно знижується концентрація вуглекислого газу повітря. А додайте сюди ще 1-2 особи. Навіть якщо не включати газову плиту, то 3 дорослі особи не виконують важку фізичну роботупіднімають рівень CO₂ в кімнаті до критичної позначкиза 30 хв.
Чи готовите на газовій плиті? Обов'язково потрібно відкрити кватирку і включити витяжку (зробити те й інше одночасно).
Увімкнули кондиціонер? Обов'язково відчиніть вікно.
Просто у кімнаті? Обов'язково відкрити кватирку. А якщо в кімнаті багато людей – відчинити вікно.
І вночі, під час сну, вікно необхідно тримати відкритим.
Коротше кажучи, у вас повинен бути припливний вентиляційний канал, або постійно відкрите вікно.
10. Що стосується дерев і чим вони можуть бути корисними. Їх найважливіша функція у процесі зростання - поглинання вуглекислого газу. Мало хто замислюється, чому дрова горять і звідки в них стільки енергії. Так ця енергія у вигляді вуглецю і накопичується у стовбурі дерева внаслідок поглинання вуглекислого газу. А кисень дерева виробляють як побічний продукт у реакції фотосинтезу.
11. Відкрити вікно в теплу пору року не складно і в цілому влітку проблема не така актуальна (крім випадків використання кондиціонерів із закритими вікнами). Проблеми починаються взимку, адже постійно відкриту кватирку ніхто не тримає, це величезні неконтрольовані втрати тепла і буде банально холодно. Саме в цей момент і варто піднімати тривогу. Здоров'я – безцінно.
Проблема дуже серйозна і має глобальний характер. Я, наприклад, до осені минулого року взагалі не думав про важливість вентиляції для здоров'я: що у квартирі, що у заміському будинку. Якщо заглянути в минуле, то саме регулярні осінні депресії, сонливість і поганий настрій протягом холодної пори року в міській квартирі спонукали думати у бік того, що треба їхати з міста і будувати, т.к. восени-взимку боліла голова і була загальна слабкість організму під час перебування у місті. Але щойно я виїжджав на природу – проблема зникала. Я списував все це не брак сонячного світла, але справа була не в ньому. Взимку я переставав тримати відкритим вікно (холодно ж) і отримував багаторазове перевищення СО₂ у квартирі.
Найпростіше і найдоступніше вирішення проблеми - постійно тримати відкритим вікно, або провітрювати орієнтуючись на показники з датчика CO₂. Нормальним рівнем CO₂ у приміщенні може вважатися концентрація до 1000 PPM, якщо вище – потрібно терміново провітрювати. Непрямим показником високої концентрації вуглекислого газу повітря можна вважати вологість. Якщо без об'єктивних причині зниження температури у приміщенні починає підвищуватися вологість - отже, і зростає рівень CO₂.
Небезпека підвищеної концентрації вуглекислого газу в повітрі полягає в тому, що людський організмреагує із дуже великою затримкою. До того моменту, коли ви відчули, що в кімнаті душно і треба провітрити – ви вже мінімум півгодини перебували у приміщенні з підвищеним вмістом CO₂ у повітрі.
У наступному пості я розповім про те, які проблеми є з вентиляцією в громадському транспорті(Автобуси, поїзди, літаки). А також покажу, як правильно організувати вентиляцію в заміському будинку, про яку всі чомусь забувають.
Далі буде.
Статті на тему, для самостійного вивчення.
Вуглекислий газ CO 2(вуглекислота, двоокис вуглецю, діоксид вуглецю, вугільний ангідрид) залежно від тиску та температури може перебувати в газоподібному, рідкому або твердому стані.
У газоподібному стані діоксид вуглецю є безбарвним газом з трохи кислуватим смаком і запахом. У атмосфері Землі міститься близько 0,04% вуглекислого газу. За нормальних умов його щільність становить 1,98 г/л - приблизно 1,5 разу більше щільностіповітря.
Діаграма. Фазова рівновага вуглекислоти
Рідкий діоксид вуглецю (вуглекислота)являє собою безбарвну рідинубез запаху. При кімнатній температурі існує тільки при тиску понад 5850 кПа. Щільність рідкої вуглекислоти залежить від температури. Наприклад, при температурі нижче +11°С рідка вуглекислота важча за воду, при температурі вище +11°С - легше. В результаті випаровування 1 кг рідкої вуглекислоти за нормальних умов утворюється приблизно 509 л газу.
При температурі близько -56,6°З тиску близько 519 кПа рідка вуглекислота перетворюється на тверду речовину - "сухий лід".
У промисловості найбільш поширені 3 способи одержання вуглекислого газу:
- з відхідних газів хімічних виробництв, насамперед синтетичного аміаку та метанолу; у відпрацьованих газах міститься приблизно 90% вуглекислого газу;
- з димових газів промислових котелень, що спалюють природний газ, вугілля та інше паливо; у димовому газі міститься 12-20% вуглекислого газу;
- з газів, що утворюються при бродінні в процесі отримання пива, спирту, при розщепленні жирів; газ, що відходить, є майже чистим вуглекислим газом.
Відповідно до ГОСТ 8050-85 газоподібна та рідка вуглекислота поставляється трьох видів: вищого, першого та другого сортів. Для зварювання рекомендується використовувати вуглекислоту вищого та першого сорту. Застосування вуглекислоти другого сорту для зварювання допускається, проте бажано наявність осушувачів газу. Допустимий вміст вуглекислого газу та деяких домішок у різних марках вуглекислоти наведено в таблиці нижче.
Таблиця. Характеристики марок вуглекислоти
Заходи безпеки під час роботи з вуглекислим газом:
- Вуглекислота не токсична і не вибухонебезпечна, проте при її концентраціях у повітрі понад 5% (92г/м 3 ) знижується частка кисню, що може призвести до кисневої недостатності та задухи. Тому слід побоюватися її скупчення в приміщеннях, що погано провітрюються. Для реєстрації концентрації вуглекислоти повітря виробничих приміщень застосовуються газоаналізатори - стаціонарні автоматичні чи переносні.
- При зменшенні тиску до атмосферного рідка вуглекислота перетворюється на газ і сніг з температурою -78,5°C і може призвести до ураження слизової оболонки очей та обмороження шкіри. Тому при відборі проб рідкої вуглекислоти необхідно користуватися захисними окулярами та рукавицями.
- Огляд внутрішньої ємності раніше експлуатованої цистерни для зберігання та транспортування рідкої вуглекислоти необхідно проводити у шланговому протигазі. Цистерну необхідно відігріти до температури довкілля, а внутрішню ємність продути повітрям або провентилювати. Протигаз дозволяється не використовувати лише після того, як об'ємна частка вуглекислоти всередині обладнання стане нижчою за 0,5%.
Застосування вуглекислого газу під час зварювання
Вуглекислий газ застосовується як активний захисний газ при дугового зварювання(зазвичай при напівавтоматичному зварюванні) електродом, що плавиться (дротом), у тому числі в складі газової суміші (з киснем, аргоном).
Постачання зварювальних постів вуглекислим газом може здійснюватися такими способами:
- безпосередньо від автономної станції з виробництва вуглекислоти;
- від стаціонарної судини-накопичувача - за значних обсягів споживання вуглекислого газу та відсутності у підприємства власної автономної станції;
- від транспортної вуглекислотної ємності - за менших обсягів споживання вуглекислого газу;
- від балонів - за незначних обсягів застосування вуглекислого газу або неможливості прокладання трубопроводів до зварювального посту.
Автономна станція з виробництва вуглекислоти - окремий спеціалізований цех підприємства, що виробляє діоксид вуглецю для потреб і постачання іншим організаціям. Вуглекислий газ подається до зварювальних постів газопроводами, прокладеними в зварювальних цехах.
При великих обсягах споживання вуглекислого газу та відсутності у підприємства автономної станції вуглекислота зберігається у стаціонарних судинах-накопичувачах, у які вона надходить із транспортних ємностей (див. малюнок нижче).
Малюнок. Схема постачання зварювальних постів вуглекислим газом від стаціонарної судини-накопичувача
При менших обсягах споживання подача вуглекислоти трубопроводами може здійснюватися безпосередньо від транспортної ємності. Характеристики деяких стаціонарних та транспортних ємностей наведені у таблиці нижче.
Таблиця. Характеристики ємностей для зберігання та транспортування вуглекислого газу (вуглекислоти)
Марка | Маса вуглекислого газу, кг | Призначення | Час зберігання вуглекислого газу, доба | Марка газифікатора |
ЦЖУ-3,0-2,0 | 2 950 | Транспортна автомобільна ЗІЛ-130 | 6-20 | ЕГУ-100 |
НЖУ-4-1,6 | 4 050 | Стаціонарний накопичувач | 6-20 | ЕГУ-100 |
ЦЖУ-9,0-1,8 | 9 000 | Транспортна автомобільна МАЗ 5245 | 6-20 | ГУ-400 |
НЖУ-12,5-1,6 | 12 800 | Стаціонарний накопичувач | 6-20 | ГУ-400 |
УДХ-12,5 | 12 300 | Стаціонарний накопичувач | УГМ-200М | |
ЦЖУ-40-2 | 39 350 | Транспортна залізнична | 40 | ГУ-400 |
РДХ-25-2 | 25 500 | Стаціонарний накопичувач | Необмежено, обладнаний холодильною установкою | ГУ-400 |
НЖУ-50Д | 50 000 | Стаціонарний накопичувач | Необмежено, обладнаний холодильною установкою | ГУ-400 |
При невеликих обсягах споживання вуглекислого газу або неможливості проведення трубопроводів до зварювальних постів для постачання вуглекислого газу використовуються балони. У стандартний чорний балон ємністю 40 л заливають 25 кг рідкої вуглекислоти, яка зазвичай зберігається при тиску 5-6 МПа. В результаті випаровування 25 кг рідкої вуглекислоти утворюється приблизно 12600 л газу. Схему зберігання вуглекислоти в балоні наведено на малюнку нижче.
Малюнок. Схема зберігання вуглекислого газу (вуглекислоти) у балоні
Для відбору газу з балона він повинен оснащуватися редуктором, підігрівачем газу та осушувачем газу. При виході вуглекислого газу з балона внаслідок його розширення відбувається адіабатичне охолодження газу. При високій швидкості витрати газу (більше 18 л/хв) це може призвести до замерзання пари води, що містяться в газі, і закупорці редуктора. У зв'язку з цим між редуктором та вентилем балона бажано розміщувати підігрівач газу. При проходженні газу по змійовику він підігрівається електричним нагрівальним елементом, включеним у мережу з напругою 24 або 36В.
Для отримання вологи з вуглекислого газу застосовується осушувач газу. Він являє собою корпус, заповнений матеріалом (зазвичай силікагелем, мідним купоросомабо алюмогелем), що добре вбирає вологу. Осушувачі бувають високого тиску, що встановлюються до редуктора, та низького тиску, що встановлюються після редуктора.
- Переміщенням наз-ся вектор, що з'єднує початкову і кінцеву точки траєкторії Вектор, що з'єднує початок і кінець шляху називається
- Траєкторія, довжина шляху, вектор переміщення Вектор, що з'єднує початкове положення
- Обчислення площі багатокутника за координатами його вершин Площа трикутника за координатами вершин формула
- Область допустимих значень (ОДЗ), теорія, приклади, рішення