Химический генератор СО2 на лимонной кислоте и соде

Tekhi - Юр, ты рассказывал и о том  для чего нужен углекислый газ в аквариуме,  и о  способах получения СО2  в аквариумистике. Можешь немного подробнее рассказать о своем генераторе?

Ю.В. - О том, который мы скромно назвали “Генератор Юрия-TPV”?

Tekhi - Да, о нем. На каком принципе он работает?

Ю.В. - Вот как раз с принципом ничего революционного нет. Обычная химическая реакция лимонной кислоты и пищевой соды с выделением углекислого газа

3NaHCO3+C6H8O7=3CO2+3H2O+Na3C6H5O7

С оборудованием, да, мы немного усовершенствовали всем известный аппарат Киппа. Дело в том, что в классическом виде он в вертикальном исполнении. Кислота находится над щелочью. Это не очень удобно в практическом применении. Мы его доработали до такого вида, когда он выполняется из двух емкостей, стоящих рядом. В нашем случае чаще всего это две пластиковые бутылки.

Tekhi - А почему именно бутылки?

Ю.В. - Они удобны, они доступны, они выдерживают высокое давление, они хорошо уплотняются штатными крышками.

Tekhi - И как он работает?

Ю.В. - Вот его схема. Ее когда то нарисовал для форумов мой партнер по разработке бесклапанной системы украинский аквариумист Павел Терещенко (TPV).

 

В левой бутылке (дальше будем называть ее “содовая” находится сухая сода. Она находится в стаканчике, приподнятом над дном- для беспрепятственного удаления из нее продуктов реакции (в стаканчике для этого в дне сделаны отверстия). В правой бутылке (дальше- “кислотная”)- раствор лимонной кислоты. Пропорции потом скажу. Как только мы подаем кислоту в соду, (например, сжав кислотную, а лучше сжав и отпустив содовую бутылку), через трубочку подачи кислоты в содовую бутылку начинает поступать  кислота и начинается реакция. Выделившийся газ поднимает давление в содовой бутылке, выдавливает кислоту из трубочки обратно в кислотную и сам туда поступает. До тех пор, пока давление не выровняется. После этого никто никуда не поступает и генератор останавливается. Когда мы начинаем отбор газа в аквариум, в содовой бутылке давление снижается (а в кислотной остается прежним) и поэтому из кислотной газ опять выдавливает кислоту в соду. Реакция возобновляется и идет до тех пор, пока давление не выровняется. И так до тех пор, пока все реактивы не выработаются. Пока понятно?

Tekhi - Да. А в чем подвох? Почему не у всех получается? Вроде так просто…

Ю.В. - Подвох в двух вещах. В гистерезисе- некотором запаздывании этапов  при отработке генератором каждого цикла и в цитратной корке- цитрате натрия, одном из продуктов реакции, который, если дать воды очень мало, то покроет соду коркой и остановит генератор, а если дать воды очень много, то она просто вымоет соду в полость под стаканчиком и реакция станет неуправляемой.

Tekhi - И как вы эти проблемы решили?

Ю.В. - Проблему гистерезиса мы решили установкой на трубочку подачи кислоты в кислотной бутылке дросселя- небольшого сужения отверстия. Я обычно ставлю краник от компрессора

Вот он- на конце голубой кислотной трубочки. Откроешь больше чем нужно- генератор может пойти в разгон, зажмешь сильнее чем нужно- будет затухать. Для тех пропорций реактивов, которые я дам ниже, обычно достаточно закрутить его до конца, а потом открутить на один оборот. Иногда, по итогам первого запуска, может потребоваться подрегулировка. Ну, или ставлю иглу от шприца, но самую толстую. От 20-и кубового.

Tekhi - А вторая трубочка на кислотной крышке зачем?

Ю.В. - Вторая трубочка это выход на  предохранительный клапан.  На всякий случай))) Если давление по каким-то причинам подскочит, он просто его сбросит. В данном случае стоит клапан от китайского генератора. Но может быть и самодельный. Может быть даже просто 5 мл шприц- если давление поднимется выше 3-4 атм, поршень шприца просто вылетит и генератор остановится.

Хочу обратить твое внимание на то что предохранительный клапан стоит на кислотной бутылке. Как ты помнишь из принципа работы, именно в ней сброс давления останавливает генератор. Сброс давления в содовой бутылке, если он резкий, наоборот его разгоняет. Кстати, именно поэтому открывать генератор если он под давлением нужно откручивая вначале кислотную крышку.

Tekhi - А почему трубочка, идущая на предохранительный клапан такая длинная?

Ю.В. - Она не длинная))) Вот более удачный ракурс- она изогнутая.

Сделано это для того чтобы в нее не попадали брызги от раствора кислоты и не засоряли предохранительный клапан.

Tekhi - Ясно. А в содовой крышечке есть какие-то особенности?

Ю.В. - Немножко есть))

Правая трубочка- трубка подачи кислоты в соду. Ее длина не просто так)) Она должна быть такой, чтоб быть приерно в 3 см+- от поверхности соды. Если она будет ближе- струя кислоты может просто прожечь отверстие в соде и дальше свободно уходить не прореагировав. Если выше- то при запуске генератора, пока сода еще сухая, струйка кислоты может сильно разбрызгиваться и можно нарваться на цитратную корку.

Второе отверстие-  выход газа в аквариум. В него я ставлю иглу от шприца. Она дросселирует поток газа и проще осуществлять тонкую регулировку.

Tekhi - Юр, а как ты собираешь эти крышки? У тебя, я там вижу, клей какой-то?

Ю.В. - Эпоксидка. Вначале я сверлю отверстия. Для шлангов от капельниц это 3мм

Потом подрезаю шланг под угол и затягивая его в отверстие плоскогубцами

Потом устанавливаю в шланг (снизу) трубочку от ватной гигиенической палочки

Далее, промазываю место стыка суперклеем

После чего подтягиваю шланг немного назад так, чтобы с противоположной стороны показалась моя трубочка. Клей, при этом, заходит в зазор между шлангом и крышкой, а трубочка еще и расклинивает шланг в крышке.

Ну а после этого заливаю эпоксидку внутрь уплотнительного пояска крышки. Именно этой фотки у меня нет, но вот абсолютно аналогичная, которую я сделал когда делал генератор-“блондинку”.

Ну и стыки шлангов, если мне их приходится соединять, я тоже проклеиваю на суперклей. Он нормально берет ПВХ. Главное, чтоб капельница не оказалась из силиконовых шлангов. Мало того что они плохо клеятся, так силикон еще и много СО2 через себя пропускает- диффузия.

Tekhi - А соду ты прямо в стаканчик сыплешь?

Ю.В. - По разному пробовал, Ир. И прямо в стаканчик, и под поролонку, и под моток лески. Главная проблема в распределении порции кислоты по поверхности соды таким образом, чтобы и реакция активно шла, и чтобы струйка кислоты не прожигала себе в соде отверстия до дна стаканчика. По разному пробовали и отверстия для отвода продуктов реакции (“отработки”) из соды отводить. В конечном итоге пришли к тому что отверстия в стаканчике должны быть в дне, а сама сода в мешочке. Самым удобным оказался носок от старых тонких колготок.

Устанавливаешь носок в стаканчик, засыпаешь в него через воронку нужное количество соды, а потом всю его часть, которая была при засыпке над горлышком, опускаешь в бутылку и чуть прижимаешь пальцем, чтоб не торчало))

С лимонной кислотой тоже есть нюансы. Чтоб каждый раз не взвешивать и не отмерять нужное количество воды, я один раз засыпал в новом генераторе порцию кислоты и маркером пометил. Залил нужное количество воды и тоже маркером пометил. Так проще и быстрее перезаправлять.

Tekhi - А какие пропорции реактивов?

Ю.В. - Реактивы выработаются примерно одновременно, если на каждые 100 грамм лимонной кислоты будет 120 грамм соды. Я обычно соды беру чуть с запасом. Она дешевле и в этом случае вся лимонка вырабатывается полностью гарантированно.

Tekhi - А сколько воды ты в лимонную кислоту льешь?

Ю.В. - На каждые 100 грамм кислоты 150 мл воды. В этом случае получается и достаточно концентрированный раствор (генератора на дольше хватает) и есть некоторый избыток воды, благодаря которому цитрат натрия растворяется и не берется коркой. Эти пропорции многократно проверены многими аквариумистами и я их считаю оптимальными. Ну а сколько сыпать 100, 150 или 200 грамм- это зависит от объема бутылок в конкретном генераторе.

Tekhi - Понятно. А как запускаешь-то?

Ю.В. - Запускается генератор, как я уже говорил, подачей кислоты в соду. На практике, это делается сжатием бутылки. Или кислотной (вроде логичнее?), или содовой. Я предпочитаю сжимать содовую. При ее сжатии часть воздуха из нее попадает в кислотную, создавая в ней некоторое избыточное давление, благодаря которому из нее и выдавливается кислота в соду.

Tekhi - А почему так?

Ю.В. - Таким образом я уменьшаю в содовой бутылке количество балластных газов (воздуха). Нам ведь нужен СО2, а не СО2 с воздухом))) Три-четыре нажатия содовой бутылки, и количеством оставшегося воздуха в ней уже можно нее заморачиваться)))

Tekhi - А какое давление в генераторе получается?

Ю.В. - Это как задашь))) Давление в генераторе задается при запуске. Его можно разогнать больше или меньше, подав бОльшее или мЕньшее количество кислоты. И это давление будет в нем поддерживаться весь его цикл работы. Если он правильно собран))) Ну а если давление нужно уменьшить или поднять уже в процессе работы, то это можно сделать сбросив газ через немного приоткрытые кислотную или содовую крышечки. Сброс газа через кислотную крышку уменьшает общее давление в системе, сброс газа (достаточно объемный) через содовую вызывает подачу большого количества кислоты и генератор разгоняется.

Tekhi - Теперь я поняла почему предохранительный клапан ставится на кислотную бутылку!!!
Ю.В. - )))

Вот посмотри весь цикл запуска генератора.

Tekhi - Как все понятно! Непонятно только знаешь что? Как ты этот стаканчик в бутылку воткнул?

Ю.В. - Да проще простого))

Tekhi - Да, действительно не сложно.

Знаешь что хотела у тебя еще уточнить? Сейчас в продаже есть много китайских клонов этой системы. Они нормальные? Их можно использовать?

Ю.В. - Вот такого типа?

Это не клоны. Китайские генераторы конструктивно от наших отличаются. В них нет стаканчика и они работают не на сухой соде, а на растворе соды в воде. А это ведет к некоторой нестабильности априори. Если в начале цикла кислота подается в чистый раствор соды, то далее- уже в смесь растворов соды и продуктов реакции. Это ведет к увеличению гистерезиса- запаздывания в отработке системой изменений. Кроме того, вся сода сразу не растворяется- у нее растворимость низкая и она лежит осадком на дне. При этом она слеживается и из-за этого гистерезис так же увеличивается. А китайцы почему-то не считают нужным комплектовать свои системы дросселями (помнишь краник на конце кислотной трубки?). Да это, в общем, и не реально- если в наших системах гистерезис одинаков во всем цикле, то у них он растет по мере выработки реактивов. Добавляет проблем и т.н. “тройник”- есть у них деталь такая в содовой бутылке. Штука хорошая (как идея), но с учетом катастрофически низкого качества китайского ширпотребовского литья, у них от тройника к тройнику разные размеры отверстия. Что тоже создает некоторую “лотерейность” при работе с генератором. Они есть по-проще, как я показал выше, они есть по-приличнее, собранные в моноблоках, но суть проблем у них одна и та же. Поэтому, если они попадают ко мне в руки, то я их немного тюнингую))

Tekhi - Как?

Ю.В. - Оставляю то что в них действительно удобно- сами крышечки, манометры, предохранительные клапана, регулировочные краники. Но меняю полностью весь “низ”- ставлю дроссель на забор кислоты, ставлю изогнутую трубочку на предохранительный клапан, ставлю дросселирующую иглу на выход газа, ставлю нужной длины трубочку на подачу кислоты в соду в содовой бутылке и, конечно, ставлю содовую бутылку со стаканчиком- все как я говорил тебе выше. И тогда они прекрасно работают)) Хотя, по нынешним временам они столько стоят, что, как по мне, чем брать дорогую вещь и ее переделывать, проще потратить пару часов и собрать свое почти за бесплатно))

Tekhi - А пропорции реактивов они указывают нормальные?

Ю.В. - Ириш, ты знаешь, я в них не лез- оно мне не интересно. Я точно знаю что что то что я тебе сказал выше (повторю- на 100 грамм лимонной кислоты, растворенной в 150 мл воды идет 120-130 грамм соды) это оптимальное соотношение. Если они пишут другое, значит они дают заведомо менее корректные рекомендации.

Tekhi - Спасибо, Юр! Последний вопрос позволишь?

Ю.В. - Да, конечно))

Tekhi - Имеет значение какие конкретно реактивы применять? Каких производителей?

Ю.В. - Большое значение имеет качество лимонной кислоты. Лучше всего брать ХЧ- химически чистую. Очень неплохая “натуральная” или “пищевая”, которая продается в мелком опте или по линии “химреактивов”. А вот когда она после фасовки в пакетики по 25 или 100 грамм попадает в продуктовые магазины, она почему то становится существенно хуже. Понятия не имею с чем ее смешивают.

С содой не так заметно, но тоже обратил внимание, что при одной и той же лимонной кислоте, генераторы на соде, которую наши фирмы фасуют в Украине (не знаю ее источника) генератор работает несколько дольше чем на вашей башкирской. Хотя, в случае с содой, повторюсь, заморачиваться не стоит- это почти не заметно.

Tekhi - Ясно. Спасибо, Юр! Наверное рискну и я себе такой генератор сделать.

Ю.В. - Не за что))) Удачи тебе!