Гидролиз нитрата аммония с помощью рассола NaCl для временного охлаждения продуктов

[andrfire]

Здравствуйте. Перед дилетантом в химии стоит задача осуществить длительную эндотермическую реакцию, используя общедоступные реактивы и без применения оборудования. Назначение – временное охлаждение продуктов (без замораживания, ло +6°С) в подполе садового домика на период отключения эл/энергии (и, соотв., холодильника). Вероятно, такая потребность возникает не только у ТС.

Разложим задачу на составляющие:

 

1) накопить холод при наличии света с помощью морозилки работающего холодильника;

 

2) вырабатывать холод при отключении света с помощью хим. реакций некоторое, максимально длительное время.

 

Цель 1 достигается:

 

1.1  замораживанием пластиковых бутылок, наполненных:

 

1.1.1       водой или

 

1.1.2       рассолом NaCl; или

 

1.2  охлаждением пластиковых бутылок, наполненных высококонцентрированным (имеющего температуру замерзания ниже –12°С, которые выдает морозилка) рассолом.

 

Цель 2, вероятно, будет достигаться гидролизом нитрата аммония, охлаждающим литр раствора на 25°С. Если взять теплоемкость по воде, с литра раствора поглощается 4,187×25 = 105 КДж.

 

Судя по расчетам (файл Excel прикрепить не смог, только скрин), наибольший запас холода обеспечат:

 

1) соленый лед с t_замерз –11°С +аммселитра и

 

2) рассол с t_замерз –13°C +аммселитра.

 

Указанные варианты более чем втрое превышают теплоотвод по сравнению с применяемым в настоящее время замораживанием пресной воды.

 

Первый из указанных вариантов, вероятно, будет "долгоиграющим". Его работа видится так: немного рассола натаяло, с малой частью аммселитрой прореагировало – температура понизилась – рассол опять замерз и т.д., пока не закончится вода и аммселитра. Затем будет теплообмен с окружающей средой, т.е. нагрев до +6°С = t в холодильной камере, после которого цикл нужно повторить.

 

Такой вариант гораздо предпочтительнее.

 

Просьба спецам оценить приведенные выкладки, указать, если не затруднит, на ошибки и посоветовать возможные пути реализации вышеуказанной задачи.

 

Всем – Спасибо!

Изменено 1 Июля, 2016 в 16:26 пользователем andrfire

[Иван1978]

не надо изобретать велосипед.

[yatcheh]

Здравствуйте. Перед дилетантом в химии стоит задача осуществить длительную эндотермическую реакцию, используя общедоступные реактивы и без применения оборудования. Назначение – временное охлаждение продуктов (без замораживания, ло +6°С) в подполе садового домика на период отключения эл/энергии (и, соотв., холодильника). Вероятно, такая потребность возникает не только у ТС.

Разложим задачу на составляющие:

 

1) накопить холод при наличии света с помощью морозилки работающего холодильника;

 

2) вырабатывать холод при отключении света с помощью хим. реакций некоторое, максимально длительное время.

 

Цель 1 достигается:

 

1.1  замораживанием пластиковых бутылок, наполненных:

 

1.1.1       водой или

 

1.1.2       рассолом NaCl; или

 

1.2  охлаждением пластиковых бутылок, наполненных высококонцентрированным (имеющего температуру замерзания ниже –12°С, которые выдает морозилка) рассолом.

 

Цель 2, вероятно, будет достигаться гидролизом нитрата аммония, охлаждающим литр раствора на 25°С. Если взять теплоемкость по воде, с литра раствора поглощается 4,187×25 = 105 КДж.

 

Судя по расчетам (файл Excel прикрепить не смог, только скрин), наибольший запас холода обеспечат:

 

1) соленый лед с t_замерз –11°С +аммселитра и

 

2) рассол с t_замерз –13°C +аммселитра.

 

Указанные варианты более чем втрое превышают теплоотвод по сравнению с применяемым в настоящее время замораживанием пресной воды.

 

Первый из указанных вариантов, вероятно, будет "долгоиграющим". Его работа видится так: немного рассола натаяло, с малой частью аммселитрой прореагировало – температура понизилась – рассол опять замерз и т.д., пока не закончится вода и аммселитра. Затем будет теплообмен с окружающей средой, т.е. нагрев до +6°С = t в холодильной камере, после которого цикл нужно повторить.

 

Такой вариант гораздо предпочтительнее.

 

Просьба спецам оценить приведенные выкладки, указать, если не затруднит, на ошибки и посоветовать возможные пути реализации вышеуказанной задачи.

 

Всем – Спасибо!

 

Ладно! Прочитал ещё раз ваше сообщение - понял, шо не о том писал.

Ваша проблема - аккумуляция холода. Лучший аккумулятор холода - замерзшая вода. Можно замораживать солевые растворы, но их надо морозить до немогу. Тот же раствор аммиачки - до -55С. При этом вы получаете бонус в виде теплоты растворения аммиачки (величина не очень большая), минус теплоёмкость раствора (она будет намного ниже теплоёмкости воды). Выигрыш будет весьма условным. Тем более, что вам придётся охлаждать раствор до -55С, иначе смысла нет. А если учесть, что вам, вообще-то нужна температура +6С - то использование солевого раствора становится бессмысленным, ибо куда больший эффект вы получите при замораживании просто - вдвое бОльшего количества чистой воды. 

 

Иными словами - если вам надо запасти воды для слива в сортире, то лучше кубовая ёмкость непосредственно над унитазом, чем ведро на крыше.

Изменено 1 Июля, 2016 в 18:12 пользователем yatcheh

[andrfire]

Спасибо за Ваше мнение.

Если Вы не против, разберем его.

1) "Лучший аккумулятор холода - замерзшая вода".

Но пресный лед имеет наименьшую теплоемкость из всех приведенных в таблице веществ (2,06 Дж/(кг×K)). Соотв., такой аккум холода обеспечит минимальный запас холода (–50,51 кДж на 1 кг).

нагрев пресного льда до 0°С для начала плавления (с –12°С): 12×2,06 =24,7 кДж/кг;

теплота на таяние льда 0,334 кДж/кг;

теплота на нагрев воды до +6°С: 6×4,187 = 25,122 кДж/кг.

Итого 50,152 кДж/кг.

 

2) Вариант с соленым льдом, имеющим температуру таяния –11°С, которую с запасом выдаст морозилка, несложно обеспечить требуемой концентрацией NaCl (17.5 г в 100 г воды). Поэтому "морозить до немогу" рассол необходимости нет (если я правильно понял Вашу мысль).

Здесь теплота забирается на:

- нагревание соленого льда до температуры плавления (на 1°С до –11°С) –2,1 кДж/кг;

- процесс таяния 0,15 кДж/кг;

- нагревание рассола с –11° до +6°С: 17×3,5 = 59,5 кДж/кг

В сумме 61,75 кДж/кг – цифра гораздо интереснее, правда?

 

3) Если соли не пожалеть и на 0,1 л воды сыпануть 19,3 г соли, то морозилка заморозить такой рассол уже не сможет.

Фазового перехода не будет, но в течение всего нагрева на 18ºС (с –12 до +6ºС) работает рассол, имеющий теплоемкость в 1,5 раза выше, чем лед (3,5 и 2,1 соотв.) Такой вариант даст нам 3,5×18 = 63 кДж/кг

 

Это были простые варианты, знаний не требующие. 

На этот уважаемый форум ваш покорный слуга обратился в надежде получить обоснованные соображения от специалистов по объединению растопления льда, в т.ч., соленого, и гидролиза аммиачки.

 

"в виде теплоты растворения аммиачки (величина не очень большая)"

На ютубе есть ролики примерзания стакана к подставке при вышеуказанной реакции. Если взглянуть на цифры, то: теплота, поглощаемая при растворении аммиачки в воде –105 кДж/кг, теплоемкость льда с –12°С при нагреве до +6°С составит:

Теплота на нагрев любой из рассматриваемых жидкостей до +6ºС в 2...4 раза ниже, чем холод растворения аммиачки.

Старался, чтобы в таблице все было наглядно.

Так что вопрос остается открытым.

В отношении удвоения количества льда - не получится, т.к. ограничено небольшими силами бабушки, живущей в саду (грузоподъемные механихмы с ручным приводом просьба не советовать  ).

Изменено 2 Июля, 2016 в 07:02 пользователем andrfire

[Хоббит)]

Может лучше на форум холодильщиков обратиться? 

Совет "не усложнять сверх необходимости", - это хороший совет !

Есть несколько вопросов-комментариев. 1 - холодильник отключается, когда температура в точке датчика температуры уменьшается до требуемой. Если вы установите -10"С, к примеру, то не факт, что бутылки с рассолами или водой охладятся именно до этой температуры, а не до +6"С, как в остальном объёме холодильника. Кроме того - пусть даже вы сумеете охладить все бутылки с рассолами до -10"С, но реле температуры включится при какой температуре? Ведь те самые накопители будут не только накапливать холод, но и отдавать его до достижения верхнего предела. Значит для грамотного решения нужно знать и подробную конструкцию вашего холодильника.

2- Как будете селитру обратно выделять? 3 - уточните, вы предлагаете кому-то периодически подсыпать селитру куда-то там в холодильнике , или как?

Изменено 2 Июля, 2016 в 19:14 пользователем Хоббит)

[andrfire]

1. Решение этих вопросов может быть выполнено опытным путем

2. Обратно выделять селитру не планировалось, во всяком случае на сегодняшний день.

3. Пока емкости будут находиться в морозилке работающего холодильника, гидролиза не будет за ненадобностью. Либо селитра будет в емкости со льдом, либо рассол будет без селитры, которая добавляется при запуске генератора холода, когда потребуется. В емкость со льдом планируется разово засыпать количество селитры, соответствующее кол-ву рассола, необходимое для гидролиза. Засыпали, закрыли, поставили в бачок с продуктами, и вниз, в подпол.

 

К сожалению, пока никто не ответил по основному вопросу топика: возможен ли вариант с соленым льдом+селитра: "немного рассола натаяло, с малой частью аммселитрой прореагировало – температура понизилась – рассол опять замерз и т.д., пока не закончится вода и аммселитра". 

Изменено 3 Июля, 2016 в 03:53 пользователем andrfire

[dmr]

Ваши цифры в таблице,скорее всего взяты в справочниках,поэтому проверять не стану. Но есть несколько комментов. При замерзании соленой воды,большая часть льда будет пресным. Т.е при замерзании постепенно выпадают кристаллы ПРЕСНОГО льда,при этом конц рассола увеличивается. И сам рассол,да!замерзает при низкой температуре. Но соленого льда будет значииительно меньше. Этот факт стоит учесть в расчетах. Но учесть в расчетах его ооочень сложно,поскольку там дааалеко не прямо-пропорцианальная зависимость теплоты кристализации. Теперь по-поводу аммиачки. Теплота ее растворения действительно весьма заметная величина,но опять такитабличные данные для слааабо концентриртванных растворов,и при увеличении концентрации,эта теплота растворения,вернее удельное охлаждение,тоже будет падать. Тем более,что там будет конкурирующее растворение соли и селитры,и этот сложный процесс уже обсчету в эксцелле вообще представить сложно. Существуют ли ьаблицы таких систем? Скорее нет,чем да. И поддерживать ИМЕННО ЖЕЛАЕМУЮ ТЕМПЕРАТУРУ,скорее всего не будут,но дополнительный фактор охлаждения,и растянутости во времени скорее всего будет иметь место.

И НИ О КАКОМ ГИДРОЛИЗЕ РЕЧИ ТАМ НЕ ИДЕТ.

https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Гидролиз

[andrfire]

1. Интересно о процессе замерзания рассола.

2. Растворение аммиачки в воде NH₄NO₃ + HOH = NH₄OH + HNO₃ это не гидролиз?

Просто сейчас используются бутылки с пресным льдом. Стоит задача не увеличивая их вес, увеличить запас холода.

Изменено 3 Июля, 2016 в 04:56 пользователем andrfire

[M_GM]

 

2. Растворение аммиачки в воде NH₄NO₃ + HOH = NH₄OH + HNO₃ это не гидролиз?

Растворение само по себе, гидролиз сам по себе.

Эта реакция (гидролиз) идет при растворении, но на доли %%.

Ее вклад в тепловые эффекты ничтожен.

Отрицательный тепловой эффект в основном обусловлен разрушением кристаллической решетки соли, что можно изобразить уравнением: NH₄NO_{3(крист)} = NH₄⁺ + NO₃^-

Изменено 3 Июля, 2016 в 05:03 пользователем M_GM

[Электрофил]

А если снег смешать с аммиачкой, оба предварительно охлаждены в морозилке до -20, сколько нагонит при плавлении эвтектики? -55? Вроде это для хлорида кальция шестиводного цифра.

Изменено 3 Июля, 2016 в 05:59 пользователем Электрофил