Хим. генератор СО2 на грузовом приводе (страница 2)

Принцип действия основан на использовании силы тяжести груза, давящего на медицинский полимерный контейнер, заполненный кислотой. Отличается безопасностью, простотой и стабильностью в работе, так как величина момента силы остается постоянной.

Контейнеры подходят любые, лучше объемом от 500 мл - это нужно для устойчивости и сохранения постоянной площади пятна контакта. Контейнеры из-под физрастворов, для переливания и хранения крови, носимые мочеприемники. Эти изделия довольно прочны, выдерживают максимальное давление от 0,4 до 1 bar (ат). Удобно использовать контейнер с двумя выходами. Второй выход используется для вливания кислоты без отсоединения мешка. Некоторые контейнеры, например мочеприемники, уже снабжены обратным клапаном, что добавляет надежности.

Груз. Если в доступности нет тяжелого металлического бруска (в идеале свинцового), можно любую жесткую коробочку заполнить тяжелыми металлическими предметами. Груз не хочет стоять на мягко-жидком полимерном мешке - падает, сползает. Вариант решения этой проблемы - поместить все вместе в подходящую коробку, например, от сока, прорезав сверху отверстие по размеру груза. Стенки отверстия удерживают груз от наклона и сваливания с мешка.

На фото коробка от сока 2л, меньше не было, внутри много свободного места. Для мешка 500 мл, возможно, удобнее будет 1 л тетрапак.

Создаваемое в кислоте давление зависит от веса груза и от площади пятна контакта груза и контейнера.
Упрощенно давление P = m/S, где m - масса груза, S - площадь пятна контакта груза и полимерного контейнера.
Эта простая формула справдлива для жестких поршней в жестком цилиндре, там давление определяется площадью меньшего поршня. При давлении на мягкий полимерный сосуд зависимость гораздо сложнее. На контейнер груз давит неравномерно (в центре меньше), полимер продавливается, упругие стенки изгибаются, немного растягиваются. Короче, давление получается немного меньше расчетного. Но нам точность совершенно не нужна, главное - примерно прикинуть, достаточно ли будет груза, поделив его вес на площадь его грани, чтобы расчетное давление получалось не менее 0,05-0,1 кг/см^2 (бар, ат), в зависимости от глубины подачи СО2 в аквариум. Для инфузионного контейнера объемом 500 мл достаточно груза 5 кг. Если поставить брусок на контейнер с кислотой меньшей гранью, то давление возрастет.

Важно, чтобы площадь пятна контакта S в процессе выработки не менялась.
Для этого грань груза должна изначально полностью контачить с поверхностью полимерного контейнера. Иначе, по мере выработки кислоты и "сдувания" мешка, площадь пятна контакта будет увеличиваться, а давление падать.

Иголка в соде нужна для того, чтобы кислота поступала постепенно, небольшими дозами, а не крупными каплями.

Генератор СО2 низкого давления работает устойчиво только при некотором избыточном давлении в системе. Поэтому нужен дроссель/краник на выходе, не обязательно регулируемый, задача которого удерживать в генераторе это избыточное давление. Я использую нитку . Давление также регулируется изменением веса груза или его площади.

Останавливать реакцию можно и без перекрытия - снятием груза. Еще лучше подачу газа на ночь не останавливать, а уменьшать - уменьшением груза. Сглаживаются суточные скачки pH.

Рецептура. Раствор лимонной кислоты я делаю насыщенным. Соды сыплю примерно в 1,5 больше кислоты, с избытком. Горячую воду отмеряю в мерном стакане из расчета: на каждые 100 г кислоты 200 мл воды. Меньше половины этой воды вливаю в кислоту, активно перемешивая. Если не все растворяется - добавляю еще воды, пока вся кислота не растворится. Оставшуюся воду выливаю в соду.

Достоинства:
1. Безопасность. Малое давление - значит нет опасности разрыва, проще герметизация, крепление трубок, меньше утечки.
2. Простота. Генератор проще, чем системы под давлением, меньше элементов, трубок, клапанов, не нужен аварийный клапан, манометр, даже кран перекрытия газа не обязателен.
3. Большой объем реактивов - сосуды можно заполнять полностью.
4. Можно использовать содовую бутылку меньшего объема - в ней не нужен большой газовый буфер.
5. Можно использовать концентрированный (насыщенный) раствор кислоты.
6. Легко уменьшать (а не останавливать) подачу газа на ночь, уменьшая груз.

Недостатки:
1. Малое давление не продавливает реакторы высокого давления - диффузор, атомайзер.
2. Контейнер под грузом не опустошается до конца. Когда груз в каком-то месте касается дна, в контейнере еще много кислоты. Возможно, у более плотного-жесткого контейнера распределение веса равномернее, остаток кислоты меньше.
3. При слишком малом давлении трудно считать пузырьки - неравномерно идут. Когда идет реакция - быстрее идут, когда не идет - замедляются.

Пропорционально росту столба жидкости в содовой бутылке, падает давление. В принципе, незначительно. Можно использовать бутылку пошире, а через пару недель работы добавить вес. Но можно и нивелировать это падение давления специальным устройством трубки вроде трубки Мариотта, если не лень ее делать. Нужно, чтобы приток жидкости не зависел от растущего столба этой жидкости - не падал по мере роста столба. На практике пока не опробовал.


Изменено 14.2.16 автор oltrew

oltrew

Давить столбом жидкости идея интересная, но сложно осуществимая. Это надо емкость с метровой глубиной брать. Очень громоздко.

Игла (груз с малой площадью) - неподходящий вариант. Пластичные стенки контейнера огибают такой груз и площадь пятна контакта за счет малой начальной площади быстро увеличивается в разЫ.

С точки зрения стабильности давления идеальным контейнером был бы широкий цилиндр с поршнем. Площадь не меняется, давление постоянное. Уменьшается только на высоту столба кислоты. Никакого компактного доступного бытового поршня пока не придумал.

ЗЫ Перечитал шапку, нашел ошибку. Исправить нельзя. В Соду горячую воду лить нельзя.

oltrew
... В Соду горячую воду лить нельзя.

oltrew
Давить столбом жидкости идея интересная, но сложно осуществимая. Это надо емкость с метровой глубиной брать. Очень громоздко.
...

kichrot

Дропбокс вероломно отключил публичный доступ к картинкам, а aqa.ru коварно запретил редактирование сообщений, поэтому кидаю картинки кучей. Думаю, можно разобраться что куда в теме подходит.

oltrew

Lynx13

Ящик в ящике

oltrew
Какие есть идеи - во что бытовое отлить брусок из свинца паралеллепипедом?

Дерево/фанера/гипсокартон от горячего свинца дымит-горит, выделяет газы. Этот газ/дым не дает ровно застыть поверхности свинца, поверхность получается пузыристая, с кавернами. Та же проблема с влагой. Форма для отливки должна быть абсолютно сухой, еще лучше - нагретой.

Неплохо получилось с цементным раствором (плиточный клей). Замешал, заложил его в коробочку и выдавил нужную форму деревянным бруском, завернутым в пакет (чтобы клей не прилипал).

Фанерный ящичек иногда подклинивает, подозреваю. На салазках для шуфлядок такого не бывает. Коробочка от БП.
Зарядил 400 г лимонки. На пару лет должно хватить для наника.

Нарисованная на схеме иголка на выходе кислоты в соду - плохая идея. Не раз сталкивался - забивается содой при втыкании в соду, а при остановке/замедлении цитратом. Когда реакция идет внутри иголки в узком пространстве, там нет доступа свободной воды и цитрат не растворяется.
На выходе кислоты в соду нужно ставить обрезок шприца или широкую трубку.
Однако иголка в кислотной трубке все равно нужна, но не на выходе. Подачу кислоты нужно ограничивать (дросселировать) во избежание сильного впрыска.

Подумалось, вот 400 грамм зарядил, а ведь раствор лимонки портится со временем. Заводится там какая-то плесень. Стерилизовать её, что ли?

oltrew
Заводится там какая-то плесень.

Пару раз оставлял невыработанную лимонку (на баллон заменял, еще в другом отключал не помню по какой причине). Через несколько месяцев наблюдал самозарождение жизни - какие-то мутные сгустки, пленки, облака, постепенно захватывающие весь раствор.
Через годик посмотрим-увидим.

Железо, свинец, платина... Осмий - вот альтернатива! Осмий в 2 раза тяжелее свинца!
Ходят неподтвержденные слухи, что он содержится в советских спортивных гирях. Якобы для уменьшения размера и неваляшкости снаряда. Осталось найти золотую осмийную гирю и распилить.

Сегодня обнаружил досадную ошибку с крышками-бутылками. Может кто-то тоже столкнется.
Никак не получалось нарастить подачу СО2. Загрузил ящичек свинцом и железяками уже с горкой, а газ все равно шел очень слабо.
Решил проверить еще раз крышку и счетчик в ведре с водой повышенным давлением. Следственный эксперимент выявил несоответствие крышки бутылке. Родная крышка в этой бутылке была более плоская, но я использовал старую уже с дырками-трубками. Мало того, не оторвал у бутылки отрывное кольцо. Старая высокая крышка упиралась в это кольцо, смяла кольцо с одного бока и немного травила в этом месте при повышении давления.

oltrew
Старая высокая крышка упиралась в это кольцо, смяла кольцо с одного бока и немного травила в этом месте при повышении давления.

oltrew
Через несколько месяцев наблюдал самозарождение жизни - какие-то мутные сгустки, пленки, облака, постепенно захватывающие весь раствор.

oltrew
Фанерный ящичек иногда подклинивает, подозреваю.

Gleb

oltrew
Еще проще вариант для ленивых

Gleb
предусмотреть упор

Забыл сказать про соединение пакета с трубкой.
Игла, даже большого диаметра, не подходит - кислота сочится-выдавливается вдоль неё. Резина не плотная, давление пропускает.
Использовать лучше родной штырь капельницы - заодно и счетчик пузырьков (у меня так раньше было). Не забудьте только обмотать чем-то пробочку сбоку.
Или плотно воткнуть в резину обратный клапан, если имеется более аккуратный счетчик.

Внезапное открытие!
Эти красивые счетчики пузырьков по $3 имеют довольно тугой клапан. Давление продавливания - 0,7-0,8 атмосферы (шприцом измерил).