Углекислый газ
Углекислый газ CO2 (углекислота, двуокись углерода, диоксид углерода, угольный ангидрид) в зависимости от давления и температуры может находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии.
В газообразном состоянии диоксид углерода представляет собой бесцветный газ с немного кисловатым вкусом и запахом. В атмосфере Земли содержится около 0,04% углекислого газа. При нормальных условиях его плотность составляет 1,98 г/л — примерно в 1,5 раза больше плотности воздуха. Не способен гореть.
В природе углекислый газ является неотъемлемым элементом основного цикла жизни. Человеком и животными выдыхается углекислота, которая используется растениями для дальнейшего роста. Выживание людей зависит от кислорода, который выделяют растения. В отличие от газов атмосферных главным источником углекислого газа не является разделение воздуха. Иногда случается, что от прямого сжигания топлива образуется углекислота.
Однако, наиболее выгодным способом производства углекислого газа является выделение его как продукта побочного в результате работы либо отдельных компаний, либо из различных природных скважин. Далее углекислота очищается и для транспортировки переводиться в жидкое состояние, т.е. сжижается. Температура кипения углекислоты составляет минус 56,6°С при давлении одной атмосферы. Минус 78,5°С — это температура замерзания при давлении одной атмосферы. Углекислота в твердом состоянии – это сухой лед.
Согласно ГОСТ 8050-85 газообразная и жидкая углекислота поставляется трех видов: высшего, первого и второго сортов. Для сварки рекомендуется использовать углекислоту высшего и первого сорта. Применение углекислоты второго сорта для сварки допускается, однако желательно наличие осушителей газа.
Меры безопасности при работе с углекислым газом:
Углекислота не токсична и не взрывоопасна, однако при ее концентрациях в воздухе свыше 5% (92г/м3) снижается доля кислорода, что может привести к кислородной недостаточности и удушью. Поэтому следует опасаться ее скапливания в плохо проветриваемых помещениях. Для регистрации концентрации углекислоты в воздухе производственных помещений применяются газоанализаторы — стационарные автоматические или переносные.
При уменьшении давления до атмосферного, жидкая углекислота превращается в газ и снег с температурой -78,5°C и может привести к поражению слизистой оболочки глаз и обморожению кожи. Поэтому при отборе проб жидкой углекислоты необходимо пользоваться защитными очками и рукавицами.
Осмотр внутренней емкости ранее эксплуатируемой цистерны для хранения и транспортирования жидкой углекислоты необходимо проводить в шланговом противогазе.
Цистерну необходимо отогреть до температуры окружающей среды, а внутреннюю емкость продуть воздухом или провентилировать. Противогаз разрешается не использовать только после того, как объемная доля углекислоты внутри оборудования станет ниже 0,5%.
Применение углекислого газа
Во многих отраслях промышленности и в различных сферах применяется углекислый газ:
-насыщения напитков газом.
-в молочной отрасли его используют, чтобы увеличить срок хранения молочных продуктов, защитить текстуру и вкус, уменьшить использование консервантов – искусственных и натуральных, так как углекислый газ, обладает превосходными бактерицидными свойствами.
-при охлаждении и замораживании продуктов питания, а также в качестве упаковки.
-углекислота в твердой форме – это сухой лед.
-в качестве активного защитного газа при дуговой сварке (обычно при полуавтоматической сварке) плавящимся электродом (проволокой), в том числе в составе газовой смеси (с кислородом, аргоном).
-в сварочных постах.
Снабжение сварочных постов углекислым газом может осуществляться следующими способами:
а) непосредственно от автономной станции по производству углекислоты;
б) от стационарного сосуда-накопителя — при значительных объемах потребления углекислого газа и отсутствии у предприятия собственной автономной станции;
в) от транспортной углекислотной емкости — при меньших объемах потребления углекислого газа;
г) от баллонов — при незначительных объемах применения углекислого газа или невозможности прокладки трубопроводов к сварочному посту.
-в теплице углекислый газ великолепно улучшает качество и рост растений. Особенно в период зимы, при скоплении углекислоты, уменьшаются эксплуатационные расходы, но усиливается рост здоровых, больших и быстро растущих растений.
— углекислота способна заменить газогенераторы. При помощи кислоты, можно уменьшить затраты на топливо, а вредоносные выбросы – устранить.
— для производства осажденного карбоната кальция (PCC), при помощи него, при производстве бумаги, уменьшаются объемы природного волокна древесины. Универсальным растворителем становится углекислота в своей сверхкритической точке 31,1°С и 7.38MPa.
— для очистки составных частей оборудования, она может заменить фторуглероды хлорированные.
— для выделение жира из продуктов питания или декофеинизации кофе, можно углекислотой заменить некоторые органические летучие химические вещества.
— углекислотой можно вполне безопасно очищать электрические компоненты.
— благодаря ней, можно превосходно бороться с огнем, не повреждая и не загрязняя материалы.
— для тушения пожаров, когда имеется дефицит воды, или когда вода не дает нужного эффекта.
Углекислота, ее хранение и содержание:
В любом невентилируемом или изолированном пространстве выпуск любого газа может существенно уменьшить концентрацию кислорода до уровня, вредного и небезопасного для здоровья и жизни.
Необходимо быть особенно внимательным при нахождении и в помещении и в грузовой машине, где углекислота содержится как в газообразном виде, так и в твердом виде.
Неосторожная работа с углекислотой может стать причиной обморожения.
У твердой углекислоты (лед сухой) независимо от температуры воздуха при атмосферном обычном давлении сохраняется температура до минус 78°С.
Работа более двух секунд с этим материалом, без защитных перчаток, может вызвать серьезное обморожение, что приведет к возникновению волдырей.
Аналогичную угрозу представляет собой углекислота, которая высвобождается под давлением из баллона (к примеру, огнетушитель). Старайтесь защитить части тела от попадания на них углекислоты, в радиусе распыления.
Соблюдайте осторожность при прикосновении к металлическим частям, ведь по ним проходит газ.
Существует опасность взрыва при содержании и хранении углекислоты. Углекислота имеет давление 830 psi при 20°C. Другими словами, если углекислоту в твердой форме, при комнатной температуре расположить в закрытый контейнер, то в итоге углекислота будет иметь жидкое состояние и совершенно не изменится ее давление, оставаясь таким же — 830 psi.
Для аттестованных огнетушителей и газовых баллонов такое давление – не проблематично. Обыкновенные же контейнеры типа банки краски, бутылки или термосы взорвутся при таком давлении. Содержание либо хранение в любой закрытой металлической, стеклянной или пластиковой таре углекислоты твердой – дело очень опасное. Есть вероятность возникновения тяжелых травм.
Углекислота.Физические свойства.Газовые смеси.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
ГОСТ Р ИСО 14175-2010 Материалы сварочные. Газы и газовые смеси для сварки плавлением и родственных процессов
Термины и определения
3.1 основной газ (base gas): Газ, составляющий большую часть объема газовой смеси, или единственный компонент чистого газа.
3.3 компонент (component): Составная часть газовой смеси, оказывающая влияние на служебные свойства и характеристики газовой смеси (например, в смеси, содержащей 11% СО в аргоне, СО считают компонентом, а аргон — основным газом).
3.6 примесь (impurity): Вещество с химическим составом, отличным от основного газа и/или компонентов.
3.7 газовая смесь (mixture): Газ, состоящий из основного газа и одного или более компонентов.
Пример 4 — Газовая смесь, содержащая в качестве основного газа Ar, в качестве компонента 0,05% O.
Основной газ и компоненты в баллонах для сварочных смесей находятся в газообразном состоянии.
В баллонах с углекислотой газ находиться в жидком состоянии.
Сифонная трубка в баллоне служит для отбора жидкой фазы.Сифонная трубка в баллонах для газовых смесей служит для перемешивания основного газа и компонентов при раздельном наполнении этими газами баллонов.
Критическая температура углекислого газа
Углекислота при обычных условиях – бесцветный газ, примерно в 1.5 раза тяжелее воздуха, благодаря чему ее можно переливать, как жидкость, из одного сосуда в другой. Масса одного литра углекислоты при 0 градусах Цельсия и 760 мм рт. ст. составляет 1.98 г. Вода растворяет значительное количество углекислоты; 1 объем воды при 20 градусах Цельсия растворяет 0.88 объема СО2, а при 0 градусах Цельсия – 1.7 объема. Под давлением около 60 атмосфер углекислота при обыкновенной температуре превращается в жидкость. Жидкую углекислоту хранят в стальных баллонах. При быстром выливании ее из баллона поглощается вследствие испарения так много тепла, что углекислота превращается в твердую, белую снегообразную массу, которая, не плавясь, возгоняется при – 78.5 градусах Цельсия.
В промышленных количествах углекислота выделяется из дымовых газов, или как побочный продукт химических процессов, например, при разложении природных карбонатов (известняк, доломит) или при производстве алкоголя. Смесь полученных газов промывают раствором карбоната калия, которые поглощают углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании или при пониженном давлении разлагается, высвобождая углекислоту. В современных установках получения углекислого газа вместо гидрокарбоната чаще применяется водный раствор моноэтаноламина, который при определённых условиях способен абсорбировать СО₂, содержащийся в дымовом газе, а при нагреве отдавать его; таким образом отделяется готовый продукт от других веществ.Также углекислый газ получают на установках разделения воздуха как побочный продукт получения чистого кислорода, азота и аргона.
В пищевой промышленности углекислота используется как консервант и разрыхлитель, обозначается на упаковке кодом Е290. Углекислый газ используется для газирования лимонада и газированной воды.
Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии (в газобаллонной пневматике) и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.
Жидкая углекислота широко применяется в системах пожаротушения и в огнетушителях. Автоматические углекислотные установки для пожаротушения различаются по системам пуска, которые бывают пневматическими, механическими или электрическими.
Углекислый газ используется также в качестве защитной среды при сварке проволокой, но при высоких температурах происходит его диссоциация с выделением кислорода. Выделяющийся кислород окисляет металл. В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители, такие как марганец и кремний. Другим следствием влияния кислорода, также связанного с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в аргоне или гелии.
Когда углекислота применяется в газовой фазе, то для хранения она используется под давлением, как сжиженный газ, в виде жидкой фазы. Хранение углекислоты в стальном баллоне в сжиженном состоянии намного выгоднее, чем в виде газа. Углекислота имеет сравнительно низкую критическую температуру +31 °С. Когда в 40-литровый баллон с нормальным давлением 100 кгс/см² залито 20 кг сжиженного углекислого газа, то при температуре +31 °С в баллоне будет только жидкая фаза с давлением 100 кгс/сm². Если температура будет выше, то следует уменьшить заполнение баллона или использовать баллоны с более высоким рабочим давлением. Если углекислота будет охлаждаться, то при температуре +21 °С при нормальном заполнении в баллоне появится газовая фаза.
Твёрдая углекислота — «сухой лёд» — используется в качестве хладагента в лабораторных исследованиях, в розничной торговле, при ремонте оборудования (например: охлаждение одной из сопрягаемых деталей при посадке внатяг) и т. д. Для сжижения углекислого газа и получения сухого льда применяются углекислотные установки.
Углекислота ГОСТ 8050-85 поступает клиенту в баллонах объемом 40, 30, 20,10,7 и 5 литров. НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ использовать пищевую углекислоту, произведенную на спиртзаводах, для сварочных работ в связи с повышенным содержанием влаги в таком продукте. Баллоны под углекислоту принимаются под наполнение как с рабочим давлением 150, так и 125 атмосфер, за исключением 40л баллонов под наполнение 24 кг – это только под 150 атмосфер. Баллоны укомплектовываются вентилями ВК-86 и ВК-94, один раз в пять лет проводится техническое освидетельствование баллона.
