Расчет теплоаккумулятора для теплицы

Удачи в экспериментах! Завести журнал, составить план. Как вариант масштабный уменьшенный макет близкий к реальности. Ёмкость из листов пенопласта с ГИ толстой плёнкой. Ещё лучше добавить в эксперимент жидкостной солнечный коллектор со свободным сливом применив в качестве абсорбера кусок подходящего профнастила или т. п. То бишь вкладывать усилия в конечную концепцию, дабы не начинать потом всё с начала.

 

Я думаю для начала нужно взять 1 кг хлорида натрия, насыпать в 2 литра воды и поставить на огонь. Проследить, все ли растворилось или что-то осталось - если не все растворилось, то добавить воды - нужно, чтобы произошел гидролиз всей соли. После этого кастрюлю оставить остывать и посмотреть, как и что выпадет в осадок.
Выпавший осадок уже должен называться "Декагидрат сульфата натрия". Его можно отдельно взвесить. По идеи, через массу выпавшего декагидрат сульфата натрия можно вычислить кол-во теплоты, которые выделилось при кристаллизации... Ну и объем данного ТА можно оценить.
Далее можно снова поставить кастрюлю на огонь и измерить Трастворения и может быть еще что-то забавное проявиться
Можно еще измерить остаточную концентрацию сульфата натрия после остывания ТА. Для этого нужно из остывшего ТА слить раствор и выпарить в отдельной кастрюле.

 

Дело в том, что если на мешке не написано сульфат натрия безводный, то он может содержать до 70% декагидрата. Для начала стоит взвесить килограмм и погреть в духовке до полной потери воды.

 

Скину ещё вот этот график.

 

Я не понимаю, что это за график и что из него следует и какие выводы нужно делать
Видимо график показывает, что вода насыщенная солью при н. у. кипит не при 100, а при 102 градусах? А нам то с этого какой прок?
Видимо имеется ввиду, что химики подозревают, что выше 32,5 градусов декагидрат распадается на более простые соединения?
Видимо химики говорят, что максимальную концентрацию сульфата натрия в водном растворе можно получить, когда сульфат натрия существует в виде декагидрата, и если раствор чуть перегреть, декагидрат сульфат натрия распадается и в растворе живет уже много сульфат натрия, а лишнее выпадет в осадок в виде либо сульфат натрия, либо декагидрат сульфат натрия?
Выглядит немного притянуто за уши.
Какие выводы? Не создавать насыщенный раствор для ТА чтобы не возникали центры кристаллизации в виде сульфат натрия?
Или нагреть ТА скажем до 40 градусов, растворить в нем по максимуму сульфат натрия или декагидрат сульфат натрия и дальше работать на этой концентрации?
насколько я помню химию, в воде соли растворяются и утверждалось, что соли в воде существуют в виде связанных молекулами воды ионов. Это так и называлось - гидролиз солей, кислот и оснований. Сульфат натрия - очень хорошо должна растворяться в воде. Может я что-то путаю, но вроде как при растворении сульфата натрия в воде должен жить не сульфат натрия, а ионы натрия и кислотного основания.

 

Максимальная концентрация сульфата (шкала Х) при 32,4 градуса (шкала Y). Выше и ниже этой температуры она меньше 30 с лишним процентов, 49,8 грамм соли на 100 грамм воды. Про необходимость иметь менее насыщенный раствор дабы оставалась оборотная жижа писалось выше.

 

Вот я и интересуюсь, что означает данный график.
Вижу 3 варианта работы ТА, учитывая данный график
1) Положим мы имеем раствор с Т=33 градуса, растворили 49 грамм сульфата на 100 грамм воды. Что выпадет из раствора, если его нагреть до 50 градусов? Сульфат натрия или декагидрат сульфата натрия? Похоже именно сульфат.
Вопрос возможно не праздный, так как если получим в ТА затравку в виде сульфата натрия, то и при остывании раствора может продолжать кристаллизоваться не декагидрат, а обычный сульфат и мы не получим "теплосъем" с ТА за счет энергии кристаллизации.
2) С другой стороны, максимальная растворимость при Т=32,4 градуса. Но положим, мы не создали насыщенный раствор, а взяли 40 г соли на 100 г воды. ОК, все растворилось и ничего не выпадает при Т=50 градусов. Начинаем остывание. Нет центров кристаллизации и при Ткристаллизации не имеем насыщенный раствор. Допустим, кристаллизации начнется где-нибудь при Т=25, далее раствор саморазогреется до 32,4 и по мере изъятия энергии из ТА будет расти осадок декагидрат сульфата. Все хорошо, то теплосъем с одного литра ТА не максимальный и возможно не устойчива тмпература запуска кристаллизации.
3) Имеем насыщенный раствор и на дне ТА кристаллы декагидрат сульфата натрия и ТА с температурой больше 50 градусов. Полагаю это можно добиться за пару итераций. Вначале растворить сульфат до ненасыщенного раствора и после этого охладить, чтобы часть выпало в осадок. А далее снова нагреть жидкость и растворить в ней еще сульфата натрия (не со дна ТА, а еще насыпать) Начинаем остужать. Будут выпадать в осадок скорей всего декагидраты сульфата натрия, так как центр кристаллизации создан на данных кристаллах.
@Сергей247, Можете спросить у своего химика, как он считает, если ТА нагревать до Т=40~50 градусов, а затем начинать изъятие энергии из ТА, какую концентрацию нужно иметь, чтобы на дне выпадал декагидрат сульфата натрия? Можно туда засыпать больше номы соли или это может привести к росту "неправильных кристаллов", которые не дадут тепла при кристаллизации?

 

Пригласил химика в тему. По поводу нагрева и съёма тепла как писалось выше лучше работать на вертикальном участке графика, то бишь при температуре кристаллизации. Греем-охлаждаем жижу, а она всей площадью ёмкости ТА с теплопроводностью лучшей, чем у воды обеспечивает обмен теплом между жижей и твёрдой солью. Как то так.

 

График- это диаграмма состояния сульфат натрия вода во всем диапазоне концентраций и в диапазоне температур, ну он понятен из графика. Диапазон концентрация переобзовем для понятности таким образом. Берем в первом случае 1 грамм безводного сульфата натрия и 99 грамм воды, а в последнем случае 99 грамм сульфата натрия и 1 грамм воды. И все эти опыты проделываем при разных температурах указанных на шкале. В каждом случае смотрим, что получится. Что мы видим из диаграммы: Что 5 грамм сульфата натрия растворится в 100 граммах воды при 0 градусов - это первый минимум на графике. Для того, чтобы растворить еще больше сульфата натрия надо добавить температуры. Так 20 граммов сульфата безводного растворится полностью при 20 градусах в 80 граммах воды, а 32 грамма сульфата где то при 35 градусах (ну это грубо, глядя на график). А вот дальнейшее повышение температуры приведет к уменьшению растворимости сульфата. Т е при 80 градусах растворится только 30 граммов сульфата. Зададим вопрос, что будет, если мы получим насыщенный раствор при 35 градусах, а потом нагреем его до 80. Да просто 2 грамма сульфата вывалятся в осадок в виде 10 водного гидрата, те же граммы выпадут, если мы охладим насыщенный раствор с 35 до 32 градусов. Ну вот так по этой диаграмме и можно посчитать, что будет и в каких количествах при изменении температур. Да еще можно добавить, что верхняя черта- это температура кипения рассола в зависимости от концентрации сульфата. Т е чтобы закипел раствор насыщенной солью, надо будет его нагреть до 102 градусов, а не до 100, как воду. Нижняя черта - это соответственно температура замерзания рассола

 

Точно в виде 10 водного гидрата или может выпасть сульфат в чистом виде или какой-то другой гидрат?
Смотрите. Я купил сульфат натрия технический, по 21 руб за кг и хочу его растворить в кастрюле и нагреть до 40-50 градусов. Насыпать в кастрюлю сульфата с избытком, нагреть на газе и помешивать, сколько сможет - столько и растворится. Ну а далее снять с огня и пусть остывает. Что выпадет в осадок?, 10 водный гидрат или может другой вариант сульфата образоваться на дне кастрюли?
Я правильно Вас понял, что растворенный в воде сульфат натрия практически всегда выпадает в осадок в виде 10 водного гидрата? в том числе и из насыщенного раствора сульфата натрия? Или все же могут выпадать другие варианты кристаллов и нужно как то учитывать это, "регулировать" чтобы выпадал 10 водный гидрат, так как он дает хороший энергетический эффект?

 

Выпадет 10 водный, но лучше, чтобы был небольшой избыток воды пару, тогда примеси, а они есть, останутся в растворе

 

Еще вопрос к @alarin. По энергетическому расчету, как Вы думаете, исходя из графика. Положим, имеем ТА, в котором растворен по максимуму сульфат натрия.
Положим нагрели ТА до 40 градусов и после этого источник нагрева отключился (например солнце село) и нам нужно изымать тепло из ТА.
Предположим, наш ТА за ночь остыл до 20 градусов, объем ТА в районе 1000 литров. Как посчитать кол-во теплоты, которое мы получим? Грубо, хотя бы?
судя по графику, при 40 градусах у нас могло быть в растворе 320 кг сульфата натрия и 680 кг воды. А при 20 градусах останется 20% сульфата в растворе? Так? или может больше выпасть в осадок чем 20%?
Причем объем раствора существенно сократится (видимо раза в два), так как одна молекула сульфата натрия (вес 142 атома водорода) свяжет 10 молекул воды (вес 180) и выпадет из раствора? И мы вытащим из раствора гораздо больше, чем 200 кг сульфата натрия в виде 10тиводного сульфата.
Больше, так как объем раствора сократится на 200 кг сульфата + 253 кг воды + еще "приличный хвост". Таким образом мы вытащим из ТА энергию кристаллизации больше 500 кг 10ти водного сульфата натрия + энергию за счет теплоемкости растворов/солей с 40 до 20 градусов.
Верный подход?
Теплота кристаллизации 1 моля 10тигидрата инет пишет 78,5 кДж/моль. 1 моль десятигидрата весит 322 г, т. е. теплота кристаллизации 1 кг десятигидрата 243,8 Кдж
если да, то пусть теплоемкость нашего состава существено ниже воды, раза в 1,5 и будет 3 КДж/кг. + энергия кристаллизации пусть 500 кг 10тиводного сульфата, значит из 1 куба ТА при остывании с 40 до 20 градусов мы снимем примерно (3х20 + 0,5х243,8) х1000 = 182 тыс КДж.
А если бы это была просто вода, сняли бы 84 тыс КДж, т. е. где-то чуть больше чем в 2 раза чем просто из воды доставать.

 

С другой стороны, инет пишет, что плотность раствора сульфата натрия при 30 градусах при концентрации 30% примерно 1,3 (против 1 для воды). Это значит, что из 1 куба раствора (весит 1300 кг) выпадет не 500 кг, а больше. Может даже 700кг? И тогда (3х20 + 0,7х243,8) х1000 = 230 тыс КДж, почти в 3 раза больше чем просто вода?

 

Ну не в три раза, у воды теплоемкость 4 кДж с копейками, а не 243 кДж, как у сульфата. Подробнее я вам завтра напишу, у нас уже полночь, а утром детям в школу...

 

Лучше пересчитывать сразу на объёмы. И вопрос по материалу. Ужель поближе не было чем Казань? Технический регламентирован по количеству декагидрата в безводном? Как насчёт килограммчик в духовку пихнуть как предлагал выше? Пора мешать уже. С хлоридом...