Критическая температура углекислого газа

Критическая температура углекислого газа

Плотность и другие свойства углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления

В таблице представлены теплофизические свойства углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления. Свойства в таблице указаны при температуре от 273 до 1273 К и давлении от 1 до 100 атм.

Рассмотрим такое важное свойство углекислого газа, как плотность.
Плотность углекислого газа равна 1,913 кг/м 3 при нормальных условиях (при н.у.). По данным таблицы видно, что плотность углекислого газа существенно зависит от температуры и давления — при росте давления плотность CO2 значительно увеличивается, а при повышении температуры газа — снижается. Так, при нагревании на 1000 градусов плотность углекислого газа уменьшается в 4,7 раза.

Однако, при увеличении давления углекислого газа, его плотность начинает расти, причем значительно сильнее, чем снижается при нагреве. Например при давлении 10 атм. и температуре 0°С плотность углекислого газа вырастает уже до значения 20,46 кг/м 3 .

Необходимо отметить, что рост давления газа приводит к пропорциональному увеличению значения его плотности, то есть при 10 атм. удельный вес углекислого газа в 10 раз больше, чем при нормальном атмосферном давлении.

В таблице приведены следующие теплофизические свойства углекислого газа:

  • плотность углекислого газа в кг/м 3 ;
  • удельная теплоемкость, кДж/(кг·град);
  • теплопроводность, Вт/(м·град);
  • динамическая вязкость, Па·с;
  • температуропроводность, м 2 /с;
  • кинематическая вязкость, м 2 /с;
  • число Прандтля.

Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100!

Теплофизические свойства углекислого газа CO2 при атмосферном давлении

В таблице даны теплофизические свойства углекислого газа CO2 в зависимости от температуры (в интервале от -75 до 1500°С) при атмосферном давлении. Даны следующие теплофизические свойства углекислого газа:

По данным таблицы видно, что с ростом температуры теплопроводность и динамическая вязкость углекислого газа также увеличиваются. Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100!

Теплопроводность углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления

В таблице представлены значения теплопроводности углекислого газа CO2 в интервале температуры от 220 до 1400 К и при давлении от 1 до 600 атм. Данные выше черты в таблице относятся к жидкому CO2.

Следует отметить, что теплопроводность сжиженного углекислого газа при увеличении его температуры снижается, а при увеличении давления — растет. Углекислый газ (в газовый фазе) становится более теплопроводным, как при увеличении температуры, так и при росте его давления.

Теплопроводность в таблице дана в размерности Вт/(м·град). Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность углекислого газа CO2 в критической области

В таблице представлены значения теплопроводности углекислого газа CO2 в критической области в интервале температуры от 30 до 50°С и при давлении от 62 до 80 атм.
Примечание: будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000! Теплопроводность в таблице указана в Вт/(м·град).

Теплопроводность диссоциированного углекислого газа CO2 при высоких температурах

В таблице представлены значения теплопроводности диссоциированного углекислого газа CO2 в интервале температуры от 1600 до 4000 К и при давлении от 0,01 до 100 атм. Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!
Теплопроводность в таблице указана в Вт/(м·град).

Теплопроводность жидкого углекислого газа CO2

В таблице представлены значения теплопроводности жидкого углекислого газа CO2 на линии насыщения в зависимости от температуры.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!
Теплопроводность в таблице указана в Вт/(м·град).

Источник: thermalinfo.ru

Критическая температура углекислого газа

И.Н. Григорьев, В.Н. Витер

Возьмем открытый сосуд с водой и нагреем. Когда будет достигнута точка кипения, вода закипит и будет переходить в пар (напомню, при давлении 1 атм. температура кипения воды 100°С). Кипение воды будет продолжаться до тех пор, пока вся вода не перейдет в газообразное состояние (пар). Пар улетучится из открытого сосуда.

А что будет, если сосуд закрыть, т.е. как будет вести себя вода при нагревании в закрытом сосуде? При достижении температуры 100°С давление воздуха будет 1 атм. (возрастание давление воздуха при нагреве не учитываем), плюс давление насыщенного пара воды 1 атм., вместе — 2 атм. Вода кипеть не будет, поскольку при давлении в 2 атм. температура кипения воды более высокая (119.6°С). Если теперь мы нагреем сосуд до 119.6°С, давление водяного пара станет 2 атм., давление воздуха 1 атм., общее давление — 3 атм. Под давлением 3 атм. вода кипит при 132.9°С и т.д.

Напомню, температура кипения воды возрастает при увеличении внешнего давления (и наоборот уменьшается, если давление ниже атмосферного).

В результате, если нагревать воду в закрытом сосуде, давление будет расти вместе с температурой, поэтому вода кипеть не будет. Тем не менее, изменения будут происходить. Плотность воды будет уменьшаться при возрастании температуры, а давление пара — увеличиваться. Вместе с давлением пара растет и его плотность. В результате при определенной температуре плотность жидкости и пара сравняется, и разница между ними исчезнет. Достигнута критическая температура воды, выше которой вода существует исключительно в виде пара и не переходит в жидкое состояние при любом, — столь угодно высоком — давлении. Такое состояние жидкости называют сверхкритическим (сверхкритическая жидкость).

Для воды критическая температура 374°С, критическое давление — 218 атм. Мало какой прозрачный сосуд выдержит такое давление. Увы, самая доступная на Земле жидкость — вода — далеко не самый удобный объект для наблюдения за переходом в сверхкритическое состояние.

Диаграмма состояния воды

Для некоторых жидкостей критическая температура и давление гораздо ниже. Для гелия, например, критическое давление равно всего 2 атм., зато критическая температура — минус 268°С (5К), для азота критическая точка — 33.5 атм. и минус 147°С (126К).

Разумеется, работа с жидким гелием и даже жидким азотом доступна далеко не каждому. Но есть доступное вещество с удобным значением критической температуры и давления. Это углекислый газ, для него критическая точка — 31°С и 71 атм.

Приведу цитату из работы: Эндрюс Т. — О непрерывности газообразного и жидкого состояний вещества [ссылка].

При частичном сжижении углекислоты посредством одного только давления и при постепенном повышении в то самое время температуры до 88° Фар. (31°С) поверхность раздела между жидкостью и газом делается менее резкой, теряет свою кривизну и, наконец, исчезает. В это время пространство заполнено однородным текучим веществом, в котором, в случае внезапного уменьшения давления или небольшого понижения температуры, обнаруживается характерное явление полос, перебегающих или волнующихся по всей его массе. При температурах выше 88° Фар. нельзя получить никакого видимого сжижения углекислоты или разделения ее на две отличных друг от друга формы вещества, даже если прилагать давление в 300 или 400 атмосфер. Окись азота дала сходные результаты.

На примере углекислого газа можно наблюдать переход жидкости в сверхкритическое состояние даже в домашних условиях.

Самодельные установки, которые будут работать под давлением порядка 71 атм., в домашних условиях опасны, но сделать их вполне реально. Например, один энтузиаст сделал установку из толстого алюминиевого кольца, закрытого с торцов толстым прозрачным пластиком, который зажат болтами (фланцевое соединение). Сквозь прозрачное стекло можно наблюдать, как исчезает поверхность разделения между жидким и газообразным диоксидом углерода, если температура поднимается выше критической. А если сверхкритический углекислый газ охладить, поверхность раздела возникает вновь. Заполнить сосуд жидким углекислым газом можно, поместив в него кусок сухого льда.

Сборка и работа установки показана автором в ролике, размещенном на сайте youtube https://www.youtube.com/watch?v=-gCTKteN5Y4.

Несложно сделать более опасный, но простейший прибор — запаянную толстостенную трубку с углекислым газом.

Трубка подходит от мерной пипетки на миллилитр. Она уже была описана в опытах по трубкам Фарадея [1]. Трубка охлаждается в стаканчике с жидким азотом, после конденсации небольшого количества углекислого газа запаивается. Выждав некоторое время для охлаждения спаянного конца, не вынимая из азота, трубку помещаем во взрывозащищенный контейнер — коробку, пенопласт (или тому подобное) для нагрева. Некоторые трубки лопаются. Поэтому нужно сделать несколько. Углекислый газ после таяния льда в трубке сильно расширяется, поэтому с конденсацией надо не переборщить. Если трубка выдержала нагрев и внутри видна углекислота, надо ее испытать давлением — поместить в пластиковый сосуд с водой при 50°С. Если трубка выдерживает — ее можно использовать для наблюдений. Понятно, что работать необходимо в защитных очках. Визуально наблюдать описанные выше явления — легко и занятно.

__________________________________________________
1 Опыты с трубкой Фарадея (получение сжиженных газов) [ссылка]

Источник: chemistry-chemists.com

§ 6.4. Критическая температура. Критическое состояние

Критическая температура

При достаточно высоких температурах горизонтальный участок изотермы реального газа (см. рис. 6.4) становится совсем коротким и при некоторой температуре обращается в точку (на рис. 6.4 — точка К). Эту температуру называют критической.

Критической называется температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и паром, находящимся с ней в динамическом равновесии. Каждое вещество имеет свою критическую температуру. Например, критическая температура для углекислоты СO2 равна tK = 31 °С, а для воды — tK = 374 °С.

Критическое состояние

Состояние, соответствующее точке К, в которую обращается горизонтальный участок изотермы при температуре Т = Тк, называют критическим состоянием (критическая точка). Давление и объем в этом состоянии называют критическими. Критическое давление для углекислого газа равно 7,4 • 10 6 Па (73 атм), а для воды 2,2 • 10 7 Па (218 атм). В критическом состоянии жидкость имеет максимальный объем, а насыщенный пар — максимальное давление.

Плотность жидкости и ее насыщенного пара при критической температуре

Мы уже отмечали, что при увеличении температуры возрастает плотность насыщенного пара (см. § 6.3). Плотность жидкости, находящейся в равновесии со своим паром, наоборот, уменьшается вследствие ее расширения при нагревании.

В таблице 2 приведены значения плотности воды и ее насыщенного пара для разных температур.

Таблица 2

Если на одном рисунке начертить кривые зависимости плотности жидкости и ее насыщенного пара от температуры, то для жидкости кривая пойдет вниз, а для пара — вверх (рис. 6.6). При критической температуре обе кривые сливаются, т. е. плотность жидкости становится равной плотности пара. Различие между жидкостью и паром исчезает.

Мы много раз употребляли слова «газ» и «пар». Эти термины возникли в те времена, когда считалось, что пар может быть превращен в жидкость, а газ нет. После того как все газы были сконденсированы (см. § 6.7), для такой двойственной терминологии не осталось оснований. Пар и газ — это одно и то же, между ними принципиальной разницы нет. Когда говорят о паре какой-нибудь жидкости, то обычно имеют в виду, что его температура меньше критической и сжатием его можно превратить в жидкость. Только по привычке мы говорим о водяном паре, а не о водяном газе, о насыщенном паре, а не о насыщенном газе и т. д.

Экспериментальное исследование критического состояния

Эксперименты по изучению критического состояния выполнил в 1863 г. русский ученый М. П. Авенариус. Прибор, с помощью которого можно наблюдать критическое состояние (прибор Авенариуса), состоит из воздушной ванны (рис. 6.7) и находящейся внутри ванны запаянной стеклянной трубочки (ампулы) с жидким эфиром. Объем ампулы (ее вместимость) равен критическому объему эфира, налитого в трубочку. Пространство над эфиром в ампуле заполнено насыщенным паром эфира.

При помощи газовой горелки или другого нагревателя воздушную ванну подогревают. За состоянием эфира наблюдают через стеклянное окошко в приборе.

При комнатной температуре можно отчетливо видеть границу между жидкостью и паром (рис. 6.8, а). По мере приближения к критической температуре объем жидкого эфира увеличивается, а граница раздела жидкость — пар становится слабовыраженной, неустойчивой (рис. 6.8, б).

При подходе к критическому состоянию граница между ними исчезает совсем (рис. 6.8, в).

При охлаждении появляется плотный туман, заполняющий всю трубочку (рис. 6.8, г). Это образуются капельки жидкости. Далее они сливаются вместе, и опять возникает граница раздела между жидкостью и паром (рис. 6.8, д).

Для опыта выбран эфир, так как он имеет сравнительно низкое критическое давление (около 36 атм). Критическая температура его тоже невелика: 194 °С.

Если сжимать газ, поддерживая его температуру выше критической (см. рис. 6.4, изотерма Т3), причем, как и раньше, начать с очень больших объемов, то уменьшение объема приведет к возрастанию давления в соответствии с уравнением состояния идеального газа. Однако если при температуре ниже критической при определенном давлении происходила конденсация пара, то теперь образования жидкости в сосуде наблюдаться не будет. При температуре выше критической газ нельзя обратить в жидкость ни при каких давлениях.

В этом и состоит основное значение понятия критической температуры.

Диаграмма равновесных состояний газа и жидкости

Еще раз вернемся к рисунку 6.4, на котором изображены изотермы реального газа. Соединим все левые концы горизонтальных участков изотерм, т. е. те точки, которые соответствуют окончанию конденсации насыщенного пара и началу сжатия жидкости. Получится плавная кривая, оканчивающаяся в критической точке К. На рисунке 6.9 это кривая ART. Слева от кривой АК, между ней и критической изотермой (участок изотермы СК), расположена область, соответствующая жидкому состоянию вещества (на рис. 6.9 эта область выделена горизонтальной штриховкой). Каждой точке этой области соответствуют параметры р, V и Т, характеризующие жидкость в состоянии теплового равновесия.

Соединим теперь плавной кривой все правые концы горизонтальных участков изотерм. Эта кривая на рисунке 6.9 тоже заканчивается в точке К. Две линии АК и ВК ограничивают область, каждая точка которой соответствует состоянию равновесия между жидкостью и насыщенным паром (на рис. 6.9 эта область выделена вертикальной штриховкой). За исключением области жидкого состояния и области равновесия жидкости с газом вся остальная область соответствует газообразному состоянию вещества. На рисунке 6.9 она выделена косой штриховкой.

В результате получилась диаграмма равновесных состояний газа и жидкости. Каждой точке на этой диаграмме соответствует определенное состояние системы: газ, жидкость или равновесие между жидкостью и газом.

При критической температуре свойства жидкости и насыщенного пара становятся неразличимыми. Выше критической температуры жидкость не может существовать.

Источник: tepka.ru

Физические свойства углекислоты

Углекислота жидкая (СО2, двуокись углерода, диоксид углерода)

  • Углекислота жидкая — это, сжиженный углекислый газ под очень высоким давлением, которое обычно равно 70 атмосферам. Жидкость, как и газ, абсолютно бесцветна, имеет слегка кислый привкус.
  • Поставляется и хранится углекислота в:
    • 40-литровых герметичных баллонах, которые защищены от коррозийных разрушений — срок хранения 2 года.
    • В транспортной бочке ЦЖУ-18 — срок хранения 6 месяцев.
  • Изготавливается в соответствии с ГОСТ 8050-50 «Двуокись углерода»
  • Чтобы узнать цены и сроки поставки нажмите подробнее.

    Углекислота (СО2, двуокись углерода, диоксид углерода) – вещество с химическое формулой СО2 и молекулярной массой 44,011 г/моль, которое может существовать в четырёх фазовых состояниях – газообразном, жидком, твёрдом и сверхкритическом.

    Газообразное состояние СО2 носит общеупотребительное название «углекислый газ». При атмосферном давлении это бесцветный газ без цвета и запаха, при температуре +20 ?С плотностью 1,839 кг/м? (в 1,52 раза тяжелее воздуха), хорошо растворяется в воде (0,88 объёма в 1 объёме воды), частично взаимодействуя в ней с образованием угольной кислоты. Входит в состав атмосферы в среднем 0,035% по объёму. При резком охлаждении за счёт расширения (детандирование) СО2 способен десублимироваться – переходить сразу в твёрдое состояние, минуя жидкую фазу.

    Газообразный диоксид углерода ранее нередко хранили в стационарных газгольдерах. В настоящее время такой способ хранения не применяется; углекислый газ в необходимом количестве получают непосредственно на месте – путём испарения жидкой углекислоты в газификаторе. Далее газ можно легко перекачать по любому газопроводу под давлением 2-6 атмосфер.

    Жидкое состояние СО2 носит техническое название «жидкая углекислота» или просто «углекислота». Это бесцветная жидкость без запаха, средней плотностью 771 кг/м3, которая существует только под давлением 3 482…519 кПа при температуре 0…-56,5 град.С («низкотемпературная углекислота»), либо под давлением 3 482…7 383 кПа при температуре 0…+31,0 град.С («углекислота высокого давления»). Углекислоту высокого давления получают чаще всего путём сжатия углекислого газа до давления конденсации, при одновременном охлаждении водой. Низкотемпературную углекислоту, являющейся основной формой диоксида углерода для промышленного потребления, чаще всего получают по циклу высокого давления путём трехступенчатого охлаждения и дросселирования в специальных установках.

    При небольшом и среднем потреблении углекислоты (высокого давления),т для её хранения и транспортировки используют разнообразные стальные баллоны (от баллончиков для бытовых сифонов до ёмкостей вместимостью 55 л). Самым распространенным является 40 л баллон с рабочим давление 15 000 кПа, вмещающим 24 кг углекислоты. За стальными баллонами не требуется дополнительный уход, углекислота сохраняется без потерь в течение длительного времени. Баллоны с углекислотой высокого давления окрашивают в чёрный цвет.

    При значительном потреблении, для хранения и транспортировки низкотемпературной жидкой углекислоты используют изотермические цистерны самой разнообразной вместимости, оснащённые служебными холодильными установками. Существуют накопительные (стационарные) вертикальные и горизонтальные цистерны вместимостью от 3 до 250 т, транспортируемые цистерны вместимостью от 3 до 18 т. Цистерны вертикального исполнения требуют строительства фундамента и используются преимущественно в условиях ограниченного пространства для размещения. Применение горизонтальных цистерн позволяет снизить затраты на фундаменты, особенно при наличии общей рамы с углекислотной станцией. Цистерны состоят из внутреннего сварного сосуда, изготовленного из низкотемпературной стали и имеющего пенополиуретановую или вакуумную теплоизоляцию; наружного кожуха из пластика, оцинкованной или нержавеющей стали; трубопроводов, арматуры и приборов контроля. Внутренняя и наружная поверхности сварного сосуда подвергаются специальной обработке, благодаря чему снижена до вероятность поверхностной коррозии металла. В дорогих импортных моделях наружный герметичный кожух выполнен из алюминия. Использование цистерн обеспечивает заправку и слив жидкой углекислоты; хранение и транспортировку без потерь продукта; визуальный контроль массы и рабочего давления при заправке, в процессе хранения и выдачи. Все типы цистерн оснащены многоуровневой системой безопасности. Предохранительные клапаны позволяют производить проверку и ремонт без остановки и опорожнения цистерны.

    При мгновенном снижении давления до атмосферного, происходящем при впрыске в специальную расширительную камеру (дросселировании), жидкий диоксид углерода мгновенно превращается в газ и тончайшую снегообразную массу, которую прессуют и получают диоксид углерода в твёрдом состоянии, который носит общеупотребительное название «сухой лёд». При атмосферном давлении это белая стекловидная масса плотностью 1 562 кг/м?, с температурой -78,5 ?С, которая на открытом воздухе сублимируется – постепенно испаряется, минуя жидкое состояние. Сухой лёд может быть также получен непосредственно на установках высокого давления, применяемых для получения низкотемпературной углекислоты, из газовых смесей, содержащих СО2 в количестве не менее 75-80%. Объёмная холодопроизводительность сухого льда почти в 3 раза больше, чем у водяного льда, и составляет 573,6 кДж/кг.

    Твёрдый диоксид углерода обычно выпускают в брикетах размером 200?100?20-70 мм, в гранулах диаметром 3, 6, 10, 12 и 16 мм, редко в виде тончайшего порошка («сухой снег»). Брикеты, гранулы и снег хранят не более 1-2 суток в стационарных заглублённых хранилищах шахтного типа, разбитых на небольшие отсеки; перевозят в специальных изотермических контейнерах с предохранительным клапаном. Используются контейнеры разных производителей вместимостью от 40 до 300 кг и более. Потери на сублимацию составляют, в зависимости от температуры окружающего воздуха 4-6% и более в сутки.

    При давлении свыше 7,39 кПа и температуре более 31,6 град.С диоксид углерода находится в так называемом сверхкритическом состоянии, при котором его плотность как у жидкости, а вязкость и поверхностное натяжение как у газа. Эта необычная физическая субстанция (флюид) является отличным неполярным растворителем. Сверхкритический CO2 способен полностью или выборочно экстрагировать любые неполярные составляющие с молекулярной массой менее 2 000 дальтон: терпеновые соединения, воски, пигменты, высокомолекулярные насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, алкалоиды, жирорастворимые витамины и фитостерины. Нерастворимыми веществами для сверхкритического CO2 являются целлюлоза, крахмал, органические и неорганические полимеры с высоким молекулярным весом, сахара, гликозидные вещества, протеины, металлы и соли многих металлов. Обладая подобными свойствами, сверхкритический диоксид углерода всё шире применяется в процессах экстракции, фракционирования и импрегнации органических и неорганических веществ. Он является также перспективным рабочим телом для современных тепловых машин.

    • Удельный вес. Удельный вес углекислоты зависит от давления, температуры и агрегатного состояния, в котором она находится.
    • Критическая температура углекислоты +31 град. Удельный вес углекислого газа при 0 град и давлении 760 мм рт.ст. равен 1, 9769 кг/м3.
    • Молекулярный вес углекислого газа 44,0. Относительный вес углекислого газа по сравнению с воздухом составляет 1,529.
    • Жидкая углекислота при температурах выше 0 град. значительно легче воды, и ее можно хранить только под давлением.
    • Удельный вес твердой углекислоты зависит от метода ее получения. Жидкая углекислота при замораживании превращается в сухой лед, представляющий прозрачное , стеклообразное твердое тело. В этом случае твердая углекислота имеет наибольшую плотность (при нормальном давлении в сосуде, охлаждаемом до минус 79 град., плотность равна 1,56). Промышленная твердая углекислота имеет белый цвет, по твердости близка к мелу,
    • ее удельный вес колеблется в зависимости от способа получения в пределах 1,3 — 1,6.

  • Уравнение состояния. Связь между объемом, температурой и давлением углекислого газа выражается уравнением
  • V= R T/p — A, где
  • V — объем, м3/кг;
  • R — газовая постоянная 848/44 = 19,273;
  • Т — температура, К град.;
  • р давление, кг/м2;
  • А — дополнительный член, характеризующий отклонение от уравнения состояния для идеального газа. Он выражается зависимостью А =( 0, 0825 + (1,225)10-7 р)/(Т/100)10/3.

  • Тройная точка углекислоты. Тройная точка характеризуется давлением 5,28 ата (кг/см2) и температурой минус 56,6 град.
  • Углекислота может находиться во всех трех состояниях (твердом, жидком и газообразном) только в тройной точке. При давлениях ниже 5,28 ата (кг/см2) (или при температуре ниже минус 56,6 град.) углекислота может находиться только в твердом и газообразном состояниях.
  • В парожидкостной области, т.е. выше тройной точки, справедливы следующие соотношения
  • i’ x + i» у = i,
  • x + у = 1, где,
  • x и у — доля вещества в жидком и парообразном виде;
  • i’ — энтальпия жидкости;
  • i» — энтальпия пара;
  • i — энтальпия смеси.
  • По этим величинам легко определить величины x и у. Соответственно для области ниже тройной точки будут действительны следующие уравнения:
  • i» у + i» z = i,
  • у + z = 1, где,
  • i» — энтальпия твердой углекислоты;
  • z — доля вещества в твердом состоянии.
  • В тройной точке для трех фаз имеются также только два уравнения
  • i’ x + i» у + i»’ z = i,
  • x + у + z = 1.
  • Зная значения i,’ i’,’ i»’ для тройной точки и используя приведенные уравнения можно определить энтальпию смеси для любой точки.
  • Теплоемкость. Теплоемкость углекислого газа при температуре 20 град. и 1 ата составляет
  • Ср = 0,202 и Сv = 0,156 ккал/кг*град. Показатель адиабаты k =1,30.
  • Теплоемкость жидкой углекислоты в диапазоне температур от -50 до +20 град. характеризуется следующими значениями, 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 плавления. Плавление твердой углекислоты происходит при температурах и давлениях, соответствующих тройной точке (t = -56,6 град. и р = 5,28 ата) или находящихся выше ее.
  • Ниже тройной точки твердая углекислота сублимирует. Температура сублимации является функцией давления: при нормальном давлении она равна -78,5 град., в вакууме она может быть -100 град. и ниже.

  • Энтальпия. Энтальпию пара углекислоты в широком диапазоне температур и давлений определяют по уравнению Планка и Куприянова.
  • i = 169,34 + (0,1955 + 0,000115t)t — 8,3724 p(1 + 0,007424p)/0,01T(10/3), где
  • I – ккал/кг, р – кг/см2, Т – град.К, t – град.С.
  • Энтальпию жидкой углекислоты в любой точке можно легко определить путем вычитания из энтальпии насыщенного пара величины скрытой теплоты парообразования. Точно так же , вычитая скрытую теплоту сублимации, можно определить энтальпию твердой углекислоты.
  • Теплопроводность. Теплопроводность углекислого газа при 0 град. составляет 0,012 ккал/м*час*град.С, а при температуре -78 град. она понижается до 0,008 ккал/м*час*град.С.
  • Данные о теплопроводности углекислоты в 10 4 ст. ккал/м*час*град.С при плюсовых температурах приведены в таблице.
  • Давление, кг/см2 10 град. 20 град. 30 град. 40 град.
  • Газообразная углекислота
  • 1 130 136 142 148
  • 20 — 147 152 157
  • 40 — 173 174 175
  • 60 — — 228 213
  • 80 — — — 325
  • Жидкая углекислота
  • 50 848 — — —
  • 60 870 753 — —
  • 70 888 776 — —
  • 80 906 795 670
    Теплопроводность твердой углекислоты может быть вычислена по формуле :
    236,5/Т1,216 ст., ккал/м*час*град.С.

    Коэффициент теплового расширения. Объемный коэффициент расширения а твердой углекислоты рассчитывают в зависимости от изменения удельного веса и температуры. Линейный коэффициент расширения определяют по выражению b = a/3. В диапазоне температур от -56 до -80 град. коэффициенты имеют следующие значения: а *10*5ст. = 185,5-117,0, b* 10* 5 cт. = 61,8-39,0.

  • Вязкость. Вязкость углекислоты 10 *6ст. в зависимости от давления и температуры (кг*сек/м2)
  • Давление, 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
  • Диэлектрическая постоянная. Диэлектрическая постоянная жидкой углекислоты при 50 – 125 ати, находится в пределах 1,6016 – 1,6425.
  • Диэлектрическая постоянная углекислого газа при 15 град. и давлении 9,4 — 39 ати 1,009 – 1,060.

  • Влагосодержание углекислого газа. Содержание водяных паров во влажном углекислом газе определяют с помощью уравнения,
  • Х = 18/44 * p’/p – p’ = 0,41 p’/p – p’ кг/кг, где
  • p’ – парциальное давление водяных паров при 100%-м насыщении;
  • р – общее давление паро-газовой смеси.

  • Растворимость углекислоты в воде. Растворимость газов измеряется объемами газа, приведенными к нормальным условиям (0 град, С и 760 мм рт. ст.) на объем растворителя.
  • Растворимость углекислоты в воде при умеренных температурах и давлениях до 4 – 5 ати подчиняется закону Генри, который выражается уравнением
  • Р = Н Х, где
  • Р — парциальное давление газа над жидкостью;
  • Х — количество газа в молях;
  • Н – коэффициент Генри.

  • Жидкая углекислота как растворитель. Растворимость смазочного масла в жидкой углекислоте при температуре -20град. до +25 град. составляет 0,388 г в100 СО2,
  • и увеличивается до 0,718 г в 100 г СО2 при температуре +25 град. С.
  • Растворимость воды в жидкой углекислоте в диапазоне температур от -5,8 до +22,9 град. составляет не более 0,05% по весу.

    При применении сухого льда, при использовании сосудов с жидкой низкотемпературной углекислотой должно обеспечиваться соблюдение мер безопасности, предупреждающих обморожение рук и других участков тела работника.

    Источник: gidro.tech-group.pro

    Что такое СК-флюид

    Если создать условия, при которых параметры давления и температуры будут превышать параметры так называемой критической точки, то газ при этом переходит в состояние сверхкритического. Наглядно это демонстрирует диаграмма.

Для щадящей экстракции природных веществ производственные температуры не должны превышать 100 °С. Исходя из параметров критической точки, сейчас уже достаточно легко можно подобрать для экстракции газы, параметры которых вполне технически доступны (данные Шталль-Квирин-Герард).

Наименование
газа
Температура критической
точки (°С)
Давление критической
точки (атм)
Критическая
плотность (г/см 3 )
Этен 9.9 50,5 0.20
Трифторметан 25.9 46.9 0.52
Углекислый газ 31.0 72.9 0.47
Этан 32.2 48.2 0.2
Окись азота 36.5 71.7 0.46
Сернистый гексафторид 45.6 37.7 0.73
Пропилен 91.9 45.4 0.22
Пропан 96.8 42.4 0.22

Из этих принципиально применимых газов наибольший интерес представляет углекислый газ или диокид углерода, который представляет собой изостерическое соединение самого древнего из всех применяемых для экстракции липофильных соединений — сероуглерода.


Применение углекислого газа в качестве растворителя имеет следующие преимущества:

1. CO2 физиологически не вызывает опасений. Он находится в содержащих углекислоту напитках и в ряде случаев является конечным продуктом обмена веществ организма человека;

2. CO2 стерилен и бактериостатичен;

3. CO2 не горюч и не является взрывчатым веществом, следовательно в технологическом цикле нет необходимости в специальных устройствах против возгорания и взрыва;

4. CO2 безопасен для окружающей среды, он не дает сточных вод и отработанных растворителей, тем самым исключая обычные дополнительные расходы;

5. CO2 для производственных целей может быть получен в больших количествах, запасы его в сжиженной форме является показателем уровня техники;


Какими особенностями обладает сверхкритический углекислый газ?

Сверхкритический газ обладает характеристикой более быстрого массового передвижения по сравнению с традиционными жидкими органическими растворителями. Несмотря на незначительно более низкую плотность по сравнению с жидкостью, динамическая вязкость сжатых газов соответствует скорее значениям нормального газообразного состояния. Коэффициент диффузии сверхкритического газа более чем в десять раз выше, чем у жидкости. Сравнение этих величин дается в таблице (МсHugh.V. and Krukonis.V)

Показатели Газ Сверхкритический газ Жидкость
плотность, кг/м 3 1 100-800 1000
вязкость, сР 0.01 0.05-0.1 0.5-1.0
диффузия, мм 2 s-1 1-10 0.01-0.1 0.001

Из приведенных показателей очевидно, что они безусловно зависят от температуры и давления и что простое повышение температуры приведет к повышению вязкости для газовой фазы, но к понижению вязкости для сверхкритического газа или жидкости.

Таким образом сверхкритический газ может принципиально лучше, чем классический растворитель проникать в экстрагируемый материал, поглощать и транспортировать растворяемые составляющие.

Применение углекислого газа позволяет полностью и в щадящем режиме отделять его от экстракта и материала — носителя в противовес классическим растворителям, выведение которых не всегда оказывается полным. Иными словами, экстракты, полученные при помощи данной методики, абсолютно свободны от растворителя.

Потребление энергии для регенерации растворителя во многих случаях меньше, чем при традиционной экстракции. А избыточное давление в системе предотвращает проникновение кислорода во время экстракции, что приводит к исключению процессов окисления. Например, валеопотриаты из корней валерианы, проазулены ромашки и полыни или лабильные сесквитерпенкетоны из аира могут отделяться в нативном состоянии без каких-либо химических преобразований.

Сверхкритические газы обладают высокой экстрагирующей способностью и при соответствующих условиях достаточной селективностью; простое изменение параметров давления и температуры как во время экстракции, так и при процессе отделения позволяет регулировать концентрацию веществ в экстракте. А возможность применения в процессе экстракции модификатора, позволяет значительно увеличить растворяющую мощность при сохранении, а в некоторых случаях — и увеличении селективности.

Немаловажным обстоятельством является и то, что все процессы проводятся при щадящем температурном режиме, до 89-90 °С, что предотвращает процессы распада веществ.

Несмотря на большие преимущества проявляется сдержанность со стороны промышленности к применению сверхкритической технологии. Несмотря на то, что в России на сегодня имеется несколько исследовательских групп, работающих в области сверхкритических газов, широкого промышленного применения пока не наблюдается в отличие от высокоразвитых стран, таких как Германия, Франция, США и др. Основные проблемы заключаются в возможности разрешения некоторых технологических и технических вопросов, в высоких инвестиционных затратах. Эти вопросы довольно успешно решаются в Научно-исследовательском Центре экологических ресурсов «ГОРО», являющимся на сегодня единственным в России производственным предприятием, внедряющим технологии, основанные на применении сверхкритических газов.

Источник: www.extract.ru

Читать еще:  Аргонодуговая сварка настройка аппарата
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector