Kritische Temperatur; Was passiert darüber ?!

Wissenschaft Biologie
#1

Die kritische Temp. ist die Temperatur,
bis zu der sich ein Gas verflüssigen lässt.
Bei Überschreitung lässt sich ein Gas auch durch noch so hohen
Druck nicht mehr verflüssigen.

Soweit, sogut.

Was ist, wenn ein Gas unter Druck in flüssiger Form vorliegt
und die Temperatur über Tkrit gesteigert wird ?

Meiner Meinung nach steigt der Druck ab Tkrit
( theoretisch ) unendlich an, bis eine Druckentlastung
durch z.B. bersten des Behälter erfolgt.

Stimmt das ?

Es geht konkret um einen CO2 Löscher:
Tkrit CO2 = 31 °C,
das CO2 liegt im Löscher verflüssigt vor.

Was passiert wenn man den Löscher
( z.B. im Sommer ) auf Temperaturen >31 °C bringt ?
Erfolgt eine spontane Verdampfung bei Überschreiten,
oder bleibt das verflüssigte CO2 flüssig ?

Gruß
Alex Fuhrmann

#2

Hallo Alexander: CO2 hat eine kritische Temperatur von 31°C (304,1 K) und einen kritischen Druck von 73,8-76,2 bar. In einer CO2-Flasche mit flüssigem CO2 wird bei Erwärmung über 31°C das CO2 gasförmig, irgendwo über 200 bar wird die Gasflasche (ohne Berstsicherung) platzen. Die Frage ist mit wie wenig CO2 flüssig darf eine CO2-Flasche mit … Liter Leervolumen beladen sein, falls die Temperatur über 31°C steigt, damit der Druck unter 200 bar bleibt? In jedem Fall die CO2-Flasche unter 31°C halten. Zusätzlich würde ich deine Frage einem CO2-Lieferanten (z.B. Carbagas AG) stellen. Gruss

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#3

Die Flüssigkeit geht in ein hochkomprimiertes Gas über (überkritisches Gas). Es ist dann eben einfach ein sehr dichtes Gas, keine „herumschwappende“ Flüssigkeit. Kritischer Punkt heißt, daß die flüssige und gasförmige Phase koexisitieren. Der Druck steigt nicht auf unendlich an, sondern auf den Druck, den das Gas dann eben hat. Solche „überkritischen Flüssigkeiten“ werden auch in der Technik benutzt, im Beispiel des CO2 z.B. zum Entkoffeinieren von Kaffee.

Gruß
Moriarty.

#4

Die Flüssigkeit geht in ein hochkomprimiertes Gas über
(überkritisches Gas). Es ist dann eben einfach ein sehr
dichtes Gas, keine „herumschwappende“ Flüssigkeit. Kritischer
Punkt heißt, daß die flüssige und gasförmige Phase
koexisitieren. Der Druck steigt nicht auf unendlich an,
sondern auf den Druck, den das Gas dann eben hat.

Ist im Netz ein Diagramm zu finden,
aus dem sich der Druck in Anbhängigkeit der Temperatur
ablesen lässt ?

Gruß
Alex

#5

Hallo,

hab nur eine Schemazeichnung gefunden (Abbildung 3.9 auf Seite 85):

http://accms04.physik.rwth-aachen.de/~kirn/praktikum…

Ulrich

#6

Hi Alexander,

Was ist, wenn ein Gas unter Druck in flüssiger Form vorliegt
und die Temperatur über Tkrit gesteigert wird ?

Ich hab während meines Studiums einige male mit überkritischem Kohlendioxid gearbeitet und zwar mit einer Zelle, die ein Sichtfenster hat.
Es passiert folgendes:
Wenn man sich langsam den kritischen Daten nähert, wird die Trennlinie Gas/Flüssigkeit immer diffuser und verschwindet dann völlig. Es hat sich eine neue Phase, eben das überkritische Fluid, gebildet.

Meiner Meinung nach steigt der Druck ab Tkrit
( theoretisch ) unendlich an, bis eine Druckentlastung
durch z.B. bersten des Behälter erfolgt.

Warum?!
Der Druck steigt nur an, wenn weiter komprimiert wird.
Überkritische Medien sind Zwitter zwischen Gas und Flüssigkeit. Viele Eigenschaften ähneln denen der Gase (z.B. Viskosität und Mobilität), andere denen von Flüssigkeiten (z.B. Dichte und Lösungsvermögen).
Das kann man ausnutzen um z.B. Extraktionen durchzuführen.
Entcoffeinierter Kaffeee oder Hopfenextrakt wird heute fast ausschließlich mit überkritischem Kohlendioxid hergestellt.

Es geht konkret um einen CO2 Löscher:
Tkrit CO2 = 31 °C,
das CO2 liegt im Löscher verflüssigt vor.

Was passiert wenn man den Löscher
( z.B. im Sommer ) auf Temperaturen >31 °C bringt ?
Erfolgt eine spontane Verdampfung bei Überschreiten,
oder bleibt das verflüssigte CO2 flüssig ?

Ich weiß jetzt nicht, wie hoch der Druck in einem solchen Löscher ist, aber wenn er unter 71 bar bleibt, hast Du kein überkritisches Fluid.
Aber selbst wenn, überkritisch bedeutet nicht, daß das Zeug plötzlich gefährlich wird. In einem solchen Fall ist es unerheblich, ob ein Gas oder ein überkritisches Fluid erwärmt wird. Der Druck steigt in beiden Fällen in etwa gleich an. Bei überkritischen Fluiden meist sogar weniger stark.

Gandalf

#7

Hi Alex!

Ist im Netz ein Diagramm zu finden,
aus dem sich der Druck in Anbhängigkeit der Temperatur
ablesen lässt ?

Würde mich sehr wundern, wenn nicht. Such doch einfach mal nach den Stichworten Dampfdruck, Dampfdruckkurve bzw. -tabelle oder wenn deine Englischkenntnisse das zulassen halt auch nach vapour (oder amerik. vapor) pressure.

Das NIST stellt unter folgendem URL auf jeden Fall auch Dampfdrücke zur Verfügung. http://webbook.nist.gov/
Meistens allerdings nicht als Tabelle oder Diagramm sondern in Form einer Gleichung in die du dann die jeweils angegebenen Variablen für dein Gas bzw. die Temperatur einsetzen musst.

Mit einem Tabellenkalkulationsprogramm, oder notfalls auch mit Taschenrechner, Bleistift und Papier kannst du dir dann praktisch für jede beliebige Substanz die Dampfdruckkurve ausrechnen.
(Die Methode hat allerdings den Nachteil, dass die Kurve nicht automatisch am kritischen Punkt aufhört. Aber die Krit. Temperatur dürfte auch immer mit angegeben sein)

Probier’s einfach mal aus, und wenn du auf schwierigkeiten stösst kannst du ja noch mal nachfragen…

Gruß

Stefan

#8

Hallo Paul!

In
einer CO2-Flasche mit flüssigem CO2 wird bei Erwärmung über
31°C das CO2 gasförmig,

Bis hier hin stimme ich dir völlig zu.

irgendwo über 200 bar wird die
Gasflasche (ohne Berstsicherung) platzen.

Das ist so für sich gesehen auch nicht ganz verkehrt.

Die Frage ist mit
wie wenig CO2 flüssig darf eine CO2-Flasche mit … Liter
Leervolumen beladen sein, falls die Temperatur über 31°C
steigt, damit der Druck unter 200 bar bleibt?

Das sehe ich aber ganz anders. Flaschen sollten grundsätzlich natürlich nur soweit mit Flüssigkeit befüllt werden, dass durch die Volumenausdehnung der Flüssigkeit das Flüssigkeitsvolumen praktisch nicht größer werden kann als das das Innenvolumen der Flasche.
Das hat aber noch nichts mit dem Überkritischen Zustand von Gasen zu tun.

Wenn du nämlich eine z.B. zu 4/5 mit flüssigem CO2 gefüllte Flasche auf die kritische Temperatur von 31°C erwärmst, hat das gasförmige CO2 über der Flüssigkeit genau den kritischen Druck von eben irgendwas um die 70 bar. Wenn du jetzt weiter Wärme zuführst, und die krit. Temperatur überschreitest, verschwindet dabei einfach die Phasengrenze zwischen flüssig und gasförmig. Das kommt daher, dass das Gas und die Flüssigkeit dann genau die gleiche Dichte haben.

Wenn du jetzt weiter bei unverändertem Volumen erwärmst, wird sich der Druck mehr oder minder genau an das ideale Gasgesetz halten. Wenn du also von den gut 300K um weitere 30K erhitzt, hast du bei ca. 60°C einen Druck, der pi mal Daumen um 10% über dem kritischen Druck liegt. Selbst, wenn der Druck - da wir ja kein ideales Gas vorliegen haben - doppelt so stark ansteigt, wie nach der Gaszustandsgleichung zu erwarten wäre, hätte man immer noch 'ne Menge Reserve bis zum Berstdruck der Flasche.

In jedem Fall
die CO2-Flasche unter 31°C halten. Zusätzlich würde ich deine
Frage einem CO2-Lieferanten (z.B. Carbagas AG) stellen. Gruss

Also die CO2-Löscher in unseren Laboratorien haben alle schon mal Temperaturen von knapp 40°C mitgemacht, und wir leben alle noch. :smile:

Meiner Meinung nach steigt der Druck ab Tkrit
( theoretisch ) unendlich an, bis eine Druckentlastung
durch z.B. bersten des Behälter erfolgt.

Das würde nur dann stimmen, wenn du die Temperatur auch unendlich weiter steigerst…

Gruß

Stefan

#9

Hallo Alexander; Carbagas AG übermittelte mir heute folgende Fakten:
Wird CO2 flüssig in einer Stahlflasche mit Füllgrad: 1 (CO2) zu 1,34 (Leervolumen) von 30-31°C auf 50°C erwärmt, steigt der Druck von 74-76 bar auf 180 bar (bei 50°C), bei weiterer Erwärmung auf 80°C steigt der Druck auf 300 bar. Der maximal zulässige Flaschendruck ist 250 bar.
CO2-Flaschen der neusten Generation sind mit einer Berstsicherung ausgestattet. Gruss

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#10

Vielen Dank an alle…
… für die vielen und schnellen Info´s !

Gruß
Alex