Registracija

Powered By Saaraan

Saugus CO2 kiekis balione

Written by  Audrius

Šiame straipsnyje apžvelgiami balionų užpildymo angliarūgšte ypatumai


Skaitant lietuviškuose akvariumininkų forumuose užduodamus klausimus ir atsakymus į juos apie CO2 balionų pildymą susidaro įspūdis, kad tik nedidelė dalis balionų naudotojų žino, kokiu kiekiu angliarūgštės reikėtų pildyti turimus balionus. O ir teisingos informacijos šia tema lietuviškuose forumuose nėra daug. Balioninės CO2 sistemos naudojimas negali būti lyginamas su iš brogės pasigamintos CO2 panaudojimu akvariume, kai nesėkmės atveju pasekmės aplinkiniams ir daiktams „minimalios“. Naudojant balioninę CO2 sistemą dirbame su aukštais slėgiais, o tai pavojinga. Šiame straipsnyje paprasta buitine kalba(nenaudojant sudėtingų fizikos terminų bei stengiantis pritaikyti „paprastam“ vartotojui) aprašyta, kaip teisingai ir saugiai tai padaryti. Taigi... Kiekvienas akvariumininkas nori, kad po eilinio pildymo CO2 užtektų kiek įmanoma ilgiau, tuo pačiu baliono naudojimas būtų saugus. Intuityviai aišku, kad abu vienas kitam lyg ir prieštarauja – kuo daugiau balione sutalpinsime angliarūgštės, tuo didesnė tikimybė, kad atsitiks kažkas negero...reiškia, turi būti koks nors protingas kompromisas. Kad galėtume jį įvertinti, reikėtų prisiminti žinomas ir įrodytas „tiesas“ apie fizikochemines heterogenines sistemas(heterogenines sistemas sudaro kelios fazės, mūsų atveju skysta – dujinė).
Dujų pildymo stotyje balionas yra užpildomas skysta angliarūgšte. Po baliono užpildymo angliarūgštė keičia formą: dalis jame esančios skystos angliarūgštės garuodama pereina į dujinę fazę – anglies dvideginį. Kadangi uždarame balione dujos neturi kur dėtis, dalis jų molekulių sugrįžta atgal į skystą formą, o į jų vietą vėl lekia kitos molekulės. Tokiu būdu tarp skystos ir dujinės formų labai greitai nusistovi pusiausvyra. Garuose esantis molekulių kiekis baliono viduje sudaro/kelia slėgį. Tai vadinama „pusiausvyros garų slėgiu“(equilibrium vapor pressure). Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis molekulių kiekis pereina į dujinę formą didindamas pusiausvyros slėgį. Tokiu būdu, vienu metu balione egzistuoja skysta ir dujinė angliarūgštės formos, jos prie tam tikrų temperatūrų yra pusiausvyroje. Pusiausvyros slėgius prie tam tikrų temperatūrų vizualiai galima pavaizduoti fazių diagramomis. Tokia CO2 fazių diagrama pavaizduota 1 paveiksle.



Diagramoje pavaizduota slėgio priklausomybė nuo temperatūros, CO2 esant skirtingose agregatinėse būsenose: kairėje - kieta("sausas ledas"), viršuje - viduryje - skystis, apačioje – garai(dujos), dešinėje – viršuje – kritinis fluidas(trumpai apie jį šiek tiek žemiau). Jei šitos sritys parodo skirtingų fazių individualią būseną prie tam tikrų sąlygų, tai ribas tarp jų galime pažymėti taškais, kurie parodys dviejų gretimų fazių egzistavimą. Pavyzdžiui: mus domina, koks slėgis bus balione, kai CO2 jame bus dviejose fazėse – skysta ir dujinė vienu metu. Žiūrime į raudoną kreivę. Matome, kad prie -20°C susidarys 32atm slėgis, o prie +20°C bus apie 60atm slėgis. Tik taip ir ne kitaip! Esant bet kokiam slėgio nukrypimui nuo šios kreivės į viršų ar apačią, visa balione esanti angliarūgštė pavirs į vien skystą ar vien dujinę. Kyla klausimas – kokie gali būti nukrypimai nuo pusiausvyros slėgių, jei mūsų balionas užpildytas skysta angliarūgšte su virš jos esančia dujų pagalve? Įsivaizduokime, kad mūsų balionas užpildytas nedideliu kiekiu(kokiu – nesvarbu, svarbu, kad nedideliu) CO2 prie -10°C. Balioną parsinešėme namo, jis sušilo iki +20°C. Aišku, kad balione esantis skystis pradeda plėstis(o CO2 plėtimosi koeficientas pakankamai ženklus). Kadangi pustuščiame balione plėtimuisi yra pakankmai vietos gali atsitikti taip, kad skystis plėsis tiek, kad visas virs dujomis. Slėgis balione sumažės, štai ir nukrypimas nuo pusiausvyros slėgio kreivės į apačią dešinėje. O temperatūra juk liko ta pati. Šią situaciją diagramoje parodo mėlyna rodyklė. Galima ir visiškai priešinga, veidrodiška situacija: balioną skysčiu užpildė per daug, kylant temperatūrai skystis neturi kur laisvai plėstis, tūris užimtas dujų pagalvės, viskas spaužiasi, slėgis balione kyla, dujos veikiamos slėgio(visiškai sutampa su diagrama) virsta skysčiu. To pasekoje rezultatas: visą dujų pagalvės vietą užima skystis, kuris nori dar daugiau plėstis. Ši situacija diagramoje parodyta raudona rodykle. Tolimesnis baliono likimas priklauso nuo baliono techninio tvarkingumo ir užpiltos angliarūgštės perteklinio kiekio.
Natūraliai kyla klausimas - tai koks angliarūgštės kiekis(kad visa balione esanti angliarūgštė nevirstų dujomis arba skysčiu, kuris pavojingai kelia slėgį) būtų optimalus užpildant balioną, kad jo nereikėtų nešti pildyti kas savaitę ar dvi, arba, kad nerizikuotume ir nebandytume turimo baliono tvirtumo(ir savo nervų)? Tam, kad sužinoti kokiu kiekiu reikia užpildyti mūsų turimą balioną, paprasčiausiai(mažai nukrypdami nuo tiesos) galime pasinaudoti skystos, esančios pusiausvyros(mes jau išsiaiškinome, kad būtent raudona pusiausvyros kreivė esanti 1 paveiksle parodo sąlygas, leidžiančias tuo pačiu metu egzistuoti skystai ir dujinei formai) būsenoje CO2 tankio(paprasčiau - svorio) duomenimis. Tokius duomenis galime rasti literatūroje, jie parodyti 2 paveiksle. Šiame paveiksle pavaizduota tankio priklausomybė nuo temperatūros, mus dominančiame intervale – nuo 0°C iki 31°C(savaime suprantama, kad skysčio tankis priklausys nuo temperatūros).



Kokia mums nauda iš šios kreivės? O nauda tokia, kad mes galime nesukti galvos dėl to, kokioje temperatūroje užpildomas balionas. Maksimaliai balione leistino CO2 kiekio nustatymui mums reikalingi tik du skaičiai: baliono talpa ir maksimali temperatūra, kurioje jis bus eksploatuojamas. Naudodamiesi grafiku nustatome, koks tankis atitinka mūsų pasirinktą temperatūrą ir gautą reikšmę padauginame iš turimo baliono talpos.
Pvz. Mes turime 2 litrų talpos balioną. Jei mes užtikrinti, kad kambario temperatūra nepakils daugiau nei iki 21°C, tai iš grafiko gautą reikšmę 760g/l(prie 21°C) padauginame iš 2litrų(0,76x2) ir gauname 1kg 520g angliarūgštės. Dėl viso pikto minusuojame dar 5% - gauname 1440g(suapvalinus). Analogiškai galime paskaičiuoti kiekį ir prie 30°C - gauname 1140g, ir tt. Dažnai tenka girdėti(ir pildymo stotyse ir iš balionų naudotojų), kad standartiškai 2 litrų(dar vadinamas pusantriniu – reikėtų suprasti 1,5kg) talpos balionas pildomas 1,5kg angliarūgštės. Tai būtų teisinga, bet tik tuo atveju, jei balionas įšils ne daugiau, kaip iki 20°C.
Šiek tiek apie tai, kas vyksta už kritinės ribos(mūsų aptariamą temą tai liečia tik tuo atveju, kai temperatūra yra aukštesnė nei 31°C). Kai slėgis ir temperatūra viršija nurodytas kritines reikšmes vadinamas kritiniu tašku, nei dujų, nei skysčio(tokių, kaip mes juos suvokiame) nebeegzistuoja. Susiformuoja tam tikra vienarūšė fazė vadinama fluidu, kuris turi abiejų fazių požymių. Fluido tankis gali būti panašus į skysčio tankį, tuo pačiu išsaugodamas dujų formai priskiriamas savybes. Mums tai reikštų, jog esant tikimybei, kad mūsų balionas įšils virš 31°C(kritinė temperatūra), jį užpildant reikia naudoti kritinio tankio reikšmę, kuri lygi 468g/l. Aišku, kad tokiu atveju užpildant balioną maksimalus CO2 kiekis stipriai sumažėja(2litrų balione bus tik 890g), tačiau kylant temperatūrai slėgis kils plastiškiau ir ne taip dramatiškai.
Praktiškai, laboratorijos sąlygomis bandymams skirtame įrenginyje procesas atrodo taip: pro langelį matosi skysta angliarūgštė. Iš lėto keliant temperatūrą niekas nesikeičia, tik manometro parodymai. Netikėtai ir staiga skystis pradeda judėti. Vaizdas toks, kad virš jo atsiradusios dujos ima lyg ir tištėti bei įnirtingai ima leistis žemyn. Akimirksniu viskas pasidengia tirštu rūku, kuris vėliau visiškai išsisklaido. Pasirodo vienalytė judanti masė, panaši į karštą vasaros dieną virš asfalto atsirandantį raibuliavimą. Taip, kad CO2 būsena atsirandanti temperatūrai viršijus kritines ribas nėra teoretikų išsigalvojimai.
Išvados:
į balionus angliarūgštė pildoma pagal svorį;
dujų pildymo stočių darbuotojai turėtų žinoti(tikėkimės, kad turi lenteles), koks kiekis pilamas į skirtingus balionus;
jei dėl kokių nors priežasčių balioną pildančiam darbuotojui sudrebėtų ranka, turint CO2 tankio duomenis visada galima pasitikrinti, ar teisingai užpildytas balionas;
maksimalus leistinas angliarūgštės kiekis balione paskaičiuojamas pagal formulę: svoris = tankis x tūris x 0,95(svoris – gramais, tankis – gramais/litre, baliono tūris – litrais). Skaičiuojant tankį, naudojame 2 paveiksle esančios kreivės duomenis įvertindami temperatūrą, kurioje bus eksploatuojamas balionas;

Versta iš rusų kalbos. Originalą rasite pasinaudoję šia nuoroda www.aqa.ru/forum/vt12769p2

Pabaigoje norėtųsi pabrėžti, kad šiame straipsnyje buvo aptarti tik su saugiu angliarūgštės kiekiu prie tam tikros temperatūros susiję aspektai. Maksimalus leistinas pildomos angliarūgštės kiekis balione yra tik vienas iš saugios eksploatacijos reikalavimų.
Read 5385 times Last modified on Thursday, 22 November 2012 15:39