Реактор СО2 (углекислого газа)

[ЯнН]

В 13.11.2023 в 03:57, ash111 сказал:

нет, pH2.2 будет просто для 0,05М раствора лимонной кислоты..

 

каким образом это посчитано? или это экспериментальная величина.. короче разберитесь со своими цифрами, напишите нормально условие. пока что ниче не понятно.

 

Все правильно, нижний пунктир pH 0,05 моль/л для лимонной кислоты, верхний пунктир pH 0,05 моль/л для пищевой соды. ?

Изменено 13 Ноября, 2023 в 04:09 пользователем ЯнН
Текстовое дополнение к графику.

[ЯнН]

В 12.11.2023 в 22:41, ash111 сказал:

я ж тебе уже сказал, она там нужна как среда, ему необязательно всему растворяться. Аспирин Упса когдато видел? вот такая же ситуация. плюс там вода в реакции еще выделится. Я не знаю какие кристаллогидраты образует цитрат натрия, обычный и кислые, вот разве что засасывание воды в кристаллогидрат может реакцию остановить. Но опять же тут, как показывает практика, кристаллогидраты образуются не всегда моментально. Допустим безводный сульфат натрия отлично растворяется в воде выше растворимости глауберовой соли, и потом спустя время начинается кристаллизация кристаллогидрата.

 

То есть в условии надо четко проставлять что ты говоришь о максимальных количествах реагентов, полностью растворимых в твоем объеме воды. иначе некорректное условие.

Лекарственное и пищевое значение продуктов не рассматривается, т.к. там соотношение кислоты и соды выбирается, чтобы удовлетворять условиям приятного вкуса.

Таблетки шипучих пищевых продуктов или лекарственных препаратов изготавливают общей массой 4,0 г., где количество лимонной кислоты составляет 1,05 г, а бикарбоната натрия – 0,70 г (молярное соотношение компонентов 1,00:1,53).

В моем случае, главный компонент реакции - СО2.

Необходимо найти сочетание лимонной кислоты, бикарбоната натрия и воды, чтобы выделялось максимальное количество СО2, чтобы реагенты (кислота и сода) максимально использовались (выделили весь СО2 в граммах или литрах).

Необходимо правильное соотношение:

Лимонная кислота : Бикарбонат натрия : Вода

Чтобы из раствора выделилось в воздух максимальное количество СО2, а в растворе осталось его минимальное количество.

Изменено 13 Ноября, 2023 в 06:12 пользователем ЯнН

[ЯнН]

Соотношение:

Лимонная кислота (Е300): Бикарбонат натрия (Е500): Вода

Данные, полученные экспериментально.

2,50 г. : 3,28 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,030909 моль CO2 или 0,692 литра.

2,72 г. : 3,28 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,031363 моль CO2 или 0,702 литра.

2,72 г. : 6,56 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,036136 моль CO2 или 0,809 литра.

2,72 г. : 9,84 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,036363 моль CO2 или 0,815 литра.

2,00 г. : 2,00 г. : 2 мл. Выделится в воздух 0,025455 моль CO2 или 0,570 литра.

2,00 г. : 2,00 г. : 3 мл. Выделится в воздух 0,027727 моль CO2 или 0,621 литра.

2,00 г. : 2,00 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,025000 моль CO2 или 0,56 литра.

3,00 г. : 3,00 г. : 3 мл. Выделится в воздух 0,035317 моль CO2 или 0,789 литра.

 

Оптимальное соотношение Лимонная кислота (Е300) : Пищевая сода (Е500) : Вода,

при котором из раствора выделится в воздух максимальное количество СО2, а в растворе остается его минимальное количество:

2,72 г. : 3,28 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,032045 моль CO2 или 0,702 литра.

Если взять по весу:

- 272 г. лимонной кислоты (Е300);

- 328 г. пищевой соды (Е500);

- 400 мл. воды,

то из раствора в воздух выделится 138 грамм CO2 или 70,2 литра.

 

272 г. (лимонная кислота Е300)+ 328 г. (пищевая сода Е500) = 600 г.
600/400 г.+600 г. = 600/1000 = 0,6 = 60 % (содержание лимонной кислоты и пищевой соды по массе в 400 мл. воды).

 

Молярная масса лимонной кислоты C6H8O7 (12*6)+(1*8)+(16*7) = 72+8+112= 192,12 г/моль
Молярная масса пищевой соды NaHCO3 (гидрокарбонат натрия) 23+1+12+(16*3) = 84 г/моль

Массовое соотношение (в граммах) лимонной кислоты к пищевой соде должно быть:
84 х 3 : 192,12 = 252 : 192,12  = 1:1,31 (для чистых реагентов). 

Это, если лимонная кислота C6H8O7 химически чистая.
Моногидрат лимонной кислоты (то, что продается в продуктовых магазинах как лимонная кислота) имеет в кристаллической решетке молекулы воды. 
Поэтому к молярная массе лимонной кислоты 192,12 г/моль можно добавить еще около 18 г/моль, получаем - 210 г/моль. 
Массовое соотношение (в граммах) лимонной кислоты (Е300) к пищевой соде (Е500) должно быть:
84 х 3 : 210 = 252 г/моль : 210 г/моль = 1:1,2.
При данном соотношении 
2,72 г. : 3,28 г. : 4 мл. выделится в воздух 1,38 г. (0,031363 моль) CO2 или 0,702 литра.

 

Изменено 13 Ноября, 2023 в 08:46 пользователем ЯнН

[ЯнН]

Генератора углекислого газа для аквариума из нержавеющей стали

1 литр: высота: 38 см; диаметр: 8,5 см.

2 литр: высота: 43 см; диаметр: 10,2 см.

Китайцы рекомендуют:

1 л: лимонная кислота 100 г + бикарбонат натрия 100 г. + вода 150 мл.

2 л: лимонная кислота 200 г + бикарбонат натрия 200 г. + вода 300 мл.

 

200 г. : 200 г. : 300 мл. Выделится 2,7727 моль (122 г.) CO2 или 62,1 литра.

Давление по манометру в 2 л. будет около 20 атм.

 

 

Если взять по весу:

- 272 г. лимонной кислоты (Е300);

- 328 г. пищевой соды (Е500);

- 400 мл. воды,

то из раствора в воздух выделится 138 грамм CO2 или 70,2 литра.

Давление по манометру в 2 л. будет 30 атм.

Изменено 13 Ноября, 2023 в 08:33 пользователем ЯнН

[ЯнН]

Экспериментальные данные по выделению СО2 путем смешивания лимонной кислоты (Е300), пищевой соды (Е500) и воды

 

 

Лимонная кислота : Бикарбонат натрия : Вода

2,50 г. : 3,28 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,030909 моль CO2 или 0,692 литра. 
2,72 г. : 3,28 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,031363 моль CO2 или 0,702 литра.
2,72 г. : 6,56 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,036136 моль CO2 или 0,809 литра.
2,72 г. : 9,84 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,036363 моль CO2 или 0,815 литра.
2,00 г. : 2,00 г. : 2 мл. Выделится в воздух 0,032272 моль CO2 или 0,720 литра.
2,00 г. : 2,00 г. : 3 мл. Выделится в воздух 0,033409 моль CO2 или 0,750 литра.
2,00 г. : 2,00 г. : 4 мл. Выделится в воздух 0,032954 моль CO2 или 0,738 литра.
3,00 г. : 3,00 г. : 3 мл. Выделится в воздух 0,038886 моль CO2 или 0,807 литра.

Изменил последние 4-е строчки из предыдущего поста, т.к. реакция длилась 24 часа, а они были заполнены после 4-х часов с начала реакции. Значения первых 4-й строк были записаны после 24-х часов. Затем дополнительно проведены исследования со значениями последних 4-х строк.

 

Изменено 14 Ноября, 2023 в 07:01 пользователем ЯнН

[ЯнН]

 

Если взять по весу для 2 л. баллона:

- 300 г. лимонной кислоты (Е300);

- 300 г. пищевой соды (Е500);

- 300 мл. воды,

то из раствора в воздух выделится 181 грамм CO2 или 80 литра.

Вес ингредиентов: 300 г. + 300 г. = 600 г.

Вес ингредиентов + вода: 600 г.+300 г. = 900 г.

Пока такое сочетание будет лучшим. Основная задача - реже откручивать головку 2 л. баллона для осуществления его заправки реагентами.

На данный момент заправил баллон таким составом, через 24 часа манометр показал 30 атм.

 

Данное сочетание  по весу:

- 272 г. лимонной кислоты (Е300);

- 328 г. пищевой соды (Е500);

- 400 мл. воды,

выделит 138 грамм CO2 или 70,2 литра.

Вес ингредиентов: 272 г. + 328 г. = 600 г.

Вес ингредиентов + вода: 600 г.+400 г. = 1000 г.

 

 

Изменено 14 Ноября, 2023 в 05:26 пользователем ЯнН

[ЯнН]

Лимонная кислота – трехосновная кислота и в воде подвергается электролитической диссоциации. 
Последовательные константы диссоциации лимонной кислоты в воде составляют: 
pK1 = 3,08; 
pK2 = 4,77;
pK3 = 6,40.
Первая ступени диссоциации лимонная кислота является сильной, ее 1% -й раствор (0,05 моль/л) кислый рН = 2,2.

Теоретический анализ кислотно-основных взаимодействий трехосновной лимонной кислоты (Е300 C6H8O7) и гидролизующейся соли бикарбоната натрия NaHCO3 (Е500 двухосновная кислота) сложный.

Для этого нужно решить сложную систему нелинейных уравнений более чем восьмью неизвестными.
Пропорция с массовым соотношением (в граммах) лимонной кислоты (Е300 C6H8O7 моногидрата) к пищевой соде (Е500 NaHCO₃) для максимального получения СО2 неверная: 1:1,2.

Реакция протекает около 24 часов примерно по такой схеме.

C6 H8O7 (Е300 лимонная кислота) + NaHCO3 (Е500 пищевая сода) = H2CO3 (угольная кислота) + Na C6 H7 O7 (однозамещенный цитрат натрия)

или 

C6 H8O7 (лимонная кислота) + n NaHCO3 (пищевая сода) = n H2CO3 (угольная кислота) + Na n C6 H8-n O7 (n замещенная соль лимонной кислоты)

Угольная кислота в растворе распадается на воду и углекислый газ по схеме:
(x+y) H2CO3 (угольная кислота = x CO2 aq (растворенный углекислый газ) + y CO2 (газообразная углекислота) +  (x+y) H2O (вода)

 

Из экспериментальных данных более правильная пропорция с массовым соотношением (в граммах) лимонной кислоты (Е300 C6H8O7 моногидрата) к пищевой соде (Е500 NaHCO₃) и воды, для максимального получения СО2: 1:1:1.

Для 2-х литрового баллона генератора СО2:

- лимонной кислоты (Е300 C6H8O7 моногидрата) 300 г.;

- пищевой соды (Е500 NaHCO₃) 300 г.;

- воды 300 мл.

Получится 181 грамм СО2 или 80 литров, которые будут находится в свободном пространстве баллона 1,1 литра под давлением около 35 атм.

Изменено 14 Ноября, 2023 в 06:23 пользователем ЯнН

[ash111]

В 14.11.2023 в 08:11, ЯнН сказал:

- пищевой соды (Е500 NaHCO₃) 300 г.;

- воды 300 мл.

ну то есть в 10 раз больше, чем его растворимость. что и требовалось доказать.

 

В 14.11.2023 в 08:11, ЯнН сказал:

под давлением около 35 атм.

 

я надеюсь вы это не по Менделееву Клапейрону считали а измерили?)

Если из уравнения идеального газа, то конечно нет, будет сильно меньше теоретического

 

В 14.11.2023 в 08:11, ЯнН сказал:

Теоретический анализ кислотно-основных взаимодействий трехосновной лимонной кислоты (Е300 C6H8O7) и гидролизующейся соли бикарбоната натрия NaHCO3 (Е500 двухосновная кислота) сложный.

 

В 14.11.2023 в 07:24, ЯнН сказал:

Основная задача - реже откручивать головку 2 л. баллона для осуществления его заправки реагентами.

Ну так про это и речь была. Раздел про помощь абитуриентам и студентам, каким боком сюда влез ваш абсолютно прикладной процесс?

 

В 14.11.2023 в 08:11, ЯнН сказал:

Пропорция с массовым соотношением (в граммах) лимонной кислоты (Е300 C6H8O7 моногидрата) к пищевой соде (Е500 NaHCO₃) для максимального получения СО2 неверная: 1:1,2.

это чат джипити чтоли опять? что там верное и что неверное, я не понял?)

 

В 14.11.2023 в 08:11, ЯнН сказал:

Из экспериментальных данных более правильная пропорция с массовым соотношением (в граммах) лимонной кислоты (Е300 C6H8O7 моногидрата) к пищевой соде (Е500 NaHCO₃) и воды, для максимального получения СО2: 1:1:1.

Ну да, только лимонная кислота не очень дешевая поэтому можно и 1:2. Можно серную кислоту купить, будет еще дешевле, но надо чтобы баллон ее держал и не корродировал

В 14.11.2023 в 07:24, ЯнН сказал:

На данный момент заправил баллон таким составом, через 24 часа манометр показал 30 атм.

 

Поздравляю и сочувствую, вы прирожденный физхимик ?

[ЯнН]

В 14.11.2023 в 11:05, ash111 сказал:

В 14.11.2023 в 09:11, ЯнН сказал:

- пищевой соды (Е500 NaHCO₃) 300 г.;

- воды 300 мл.

ну то есть в 10 раз больше, чем его растворимость. что и требовалось доказать.

Заправка от 6 октября 2023 г.
200 г. лимонной кислоты
250 г. пищевая сода
300 мл. вода
Всего: 200 г. + 250 г. = 450 г.
Реагенты + вода:
450 г. + 300 г. = 750 г.

После реакции (через месяц, когда закончился СО2):
460 мл., по весу: 480 г. (жидкость) + 90 г. (твердая часть) = 570 г.
750 г. - 570 г. = 184 г.
СО2 184 г.

Слитая из баллона жидкость простояла неделю в банке, выпал плотный осадок.

Вид осадка, 90 г.

9 ноября 2023 заправка, 15:00
Для 2 л. реактора 272 г. лимонной кислоты, 328 г. пищевой соды + 400 мл. воды.
17:00 давление 10 атм. Прошло 2 часа.
22:00 давление 20 атм. Прошло 7 часов.
10 ноября 2023, 6:00, прошло 15 часов, давление 30 атм.

После новой заправки показания манометра через 5 дней работы.